鋰電池是20世紀開發成功的新式高能電池，能夠理解為含有鋰元素（包含金屬鋰、鋰合金、鋰離子、鋰聚合物）的電池，可分為鋰金屬電池（很少的出產和運用）和鋰離子電池（如今許多運用）。因其具有比能量高、電池電壓高、作業溫度范圍寬、貯存壽數長等長處，已廣泛應用于特種和民用小型電器中，如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等，部分替代了傳統電池。

你了解鋰電池嗎？深度解讀新式高能電池

鋰離子電池的由來及開展

1970年代埃克森的M.S.Whittingham選用硫化鈦作為正極資料，金屬鋰作為負極資料，制成首個鋰電池。

1980年，J.Goodenough發現鈷酸鋰能夠作為鋰離子電池正極資料。

982年伊利諾伊理工大學（theIllinoisInsTItuteofTechnology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性，此進程是快速的，而且可逆。與此一起，選用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關注，因而人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極資料，具有低價、安穩和優良的導電、導鋰功用。其分化溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使呈現短路、過充電，也能夠避免了焚燒、爆破的風險。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發現選用聚合陰離子的正極將發生更高的電壓。

1991年索尼公司發布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。

1996年Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵（LiFePO4），比傳統的正極資料更具優越性，因而已成為當時主流的正極資料。

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鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池開展而來。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來講，扣子式電池就歸于鋰電池。鋰電池的正極資料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池拼裝完成后電池即有電壓，不需充電。這種電池也能夠充電，但循環功用不好，在充放電循環進程中，容易構成鋰枝晶，形成電池內部短路，所以一般狀況下這種電池是制止充電的。

后來，日本索尼公司發明晰以炭資料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電進程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。

20世紀90年代初，日本Sony動力開發公司和加拿大Moli動力公司別離研制成功了新式的鋰離子蓄電池，不只功用良好，而且對環境無污染。跟著信息技能、手持式機械和電動汽車的迅猛開展，對高效能電源的需求急劇增加，鋰電池已成為現在開展最為敏捷的范疇之一。

鋰離子電池的結構及原理

鋰離子電池的首要組成：

（1）正極——活性物質首要指鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等，導電集流體一般運用厚度在10--20微米的鋁箔；

（2）隔閡——一種特殊的塑料膜，能夠讓鋰離子通過，但卻是電子的絕緣體，現在首要有PE和PP兩種及其組合。還有一類無機固體隔閡，如氧化鋁隔閡涂層就是一種無機固體隔閡，；

（3）負極——活性物質首要指石墨、鈦酸鋰、或近似石墨結構的碳資料，導電集流體一般運用厚度在7-15微米的銅箔；

（4）電解液——一般為有機系統，如溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，另有些聚合物電池運用凝膠狀電解液；

（5）電池外殼——首要分為硬殼（鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼等）和軟包（鋁塑膜）兩種。

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當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需求一個電極在拼裝前處于嵌鋰狀況，一般挑選相對鋰而言電位大于3V且在空氣中安穩的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

做為負極的資料則挑選電位盡或許挨近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳資料包含天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包含SnO、SnO2、錫復合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

電解質選用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂調配的混合溶劑系統。

隔閡選用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔閡不只熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。

外殼選用鋼或鋁資料，蓋體組件具有防爆斷電的功用。

根本作業原理

當對電池進行充電時，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子通過電解液運動到負極。負極的炭資料呈層狀結構，它有許多微孔，抵達負極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

當對電池進行放電時（即咱們運用電池的進程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。咱們一般所說的電池容量指的就是放電容量。

在鋰離子電池的充放電進程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀況。這就像一把搖椅，搖椅的兩頭為電池的兩極，而鋰離子就在搖椅兩頭來回運動。所以鋰離子電池又叫搖椅式電池。

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充放電機理

鋰離子電池的充電進程分為兩個階段：恒流充電階段和恒壓電流遞減充電階段。

鋰離子電池過度充放電會對正負極形成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構呈現陷落，而陷落會形成充電進程中鋰離子無法刺進；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而形成其間部分鋰離子再也無法釋放出來。

鋰離子電池堅持功用最佳的充放電辦法為淺充淺放。一般60%DOD是100%DOD條件下循環壽數的2~4倍。

鋰離子電池首要功用指標

電池的容量

電池的容量有額外容量和實踐容量之分。電池的額外容量是指電池在環境溫度為20℃±5℃條件下，以5h率放電至中止電壓時所應提供的電量，用C5表示。電池的實踐容量是指電池在必定的放電條件下所放出的實踐電量，首要受放電倍率和溫度的影響（故嚴厲來講，電池容量應指明充放電條件）。

容量單位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。

電池內阻

電池內阻是指電池在作業時，電流流過電池內部所遭到的阻力。有歐姆內阻與極化內阻兩部分組成。電池內阻值大，會導致電池放電作業電壓降低，放電時刻縮短。內阻巨細首要受電池的資料、制作工藝、電池結構等要素的影響。電池內阻是衡量電池功用的一個重要參數。

電壓

開路電壓是指電池在非作業狀況下即電路中無電流流過時，電池正負極之間的電勢差。一般狀況下，鋰離子電池充溢電后開路電壓為4.1—4.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。通過對電池的開路電壓的檢測，能夠判別電池的荷電狀況。

作業電壓又稱端電壓，是指電池在作業狀況下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。在電池放電作業狀況下，當電流流過電池內部時，不需戰勝電池的內阻所形成阻力，故作業電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反。鋰離子電池的放電作業電壓在3.6V左右。

放電渠道時刻

放電渠道時刻是指在電池滿電狀況下放電至某電壓的放電時刻。例對某三元電池丈量其3.6V的放電渠道時刻，以恒壓充到電壓為4.2V，而且充電電流小于0.02C時中止充電即充溢電后，然后擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時的放電時刻即為該電流下的放電渠道時刻。

因某些運用鋰離子電池的用電器的作業電壓都有電壓要求，如果低于要求值，則會呈現無法作業的狀況。所以放電渠道是衡量電池功用好壞的重要規范之一。

充放電倍率

充放電倍率是指電池在規則的時刻內放出其額外容量時所需求的電流值，1C在數值上等于電池額外容量，一般以字母C表示。如電池的標稱額外容量為10Ah，則10A為1C（1倍率），5A則為0.5C，100A為10C，以此類推。

自放電率

自放電率又稱荷電堅持才能，是指電池在開路狀況下，電池所貯存的電量在必定條件下的堅持才能。首要受電池的制作工藝、資料、貯存條件等要素的影響。是衡量電池功用的重要參數。

功率

充電功率是指電池在充電進程中所耗費的電能轉化成電池所能貯存的化學能程度的測量。首要受電池工藝，配方及電池的作業環境溫度影響，一般環境溫度越高，則充電功率要低。

放電功率是指在必定的放電條件下放電至結尾電壓所放出的實踐電量與電池的額外容量之比，首要受放電倍率，環境溫度，內阻等要素影響，一般狀況下，放電倍率越高，則放電功率越低。溫度越低，放電功率越低。

循環壽數

電池循環壽數是指電池容量下降到某一規則的值時，電池在某一充放電準則下所經歷的充放電次數。鋰離子電池GB規則，1C條件下電池循環500次后容量堅持率在60%以上。

鋰離子電池的首要分類

（一）、依據鋰電池所用電解質資料不同，鋰電池能夠分為液態鋰電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。

（二）、按充電辦法可分為：不行充電的及可充電的兩類。

（三）、鋰電池外型分：有方型鋰電（如常用的手機電池）和柱形（如18650、18500）；

（四）、鋰電池外包資料分：鋁殼鋰電池，鋼殼鋰電池，軟包電池；

（五）、鋰電池從正負極資料（添加劑）分：鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰（LiMn2O4），磷酸鐵鋰電池，一次性二氧化錳鋰電池

聚合物鋰電池

聚合物鋰電池所用的正負極資料與液態鋰都是相同的，電池的作業原理也根本共同。它們的首要差異在于電解質的不同,鋰電池運用的是液體電解質,而聚合物鋰電池則以固體聚合物電解質來替代,這種聚合物能夠是“干態”的,也能夠是“膠態”的,現在大部分選用聚合物膠體電解質。

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聚合物鋰電池可分為三類：

1、固體聚合物電解質鋰電池。電解質為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，適于高溫運用。

2、凝膠聚合物電解質鋰電池。即在固體聚合物電解質中參加增塑劑等添加劑，然后進步離子電導率，使電池可在常溫下運用。

3、聚合物正極資料的鋰電池。選用導電聚合物作為正極資料，其能量是現有鋰電池的3倍，是最新一代的鋰電池。由于用固體電解質替代了液體電解質,與液態鋰電池比較，聚合物鋰電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等長處，也不會發生漏液與焚燒爆破等安全上的問題，因而能夠用鋁塑復合薄膜制作電池外殼，然后能夠進步整個電池的容量；聚合物鋰電池還能夠選用高分子作正極資料，其質量比能量將會比現在的液態鋰電池進步50％以上。此外,聚合物鋰電池在作業電壓、充放電循環壽數等方面都比鋰電池有所進步。

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鋰聚合物電池長處：

1、安全功用好

聚合物鋰電池在結構上選用鋁塑軟包裝，有別于液態電芯的金屬外殼，一旦發生安全隱患，液態電芯容易爆破，而聚合物電芯最多只會氣鼓。

2、厚度小，能做得更薄

一般液態鋰電選用先定制外殼，后塞正負極村料的辦法，厚度做到3.6mm以下存在技能瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問題，厚度可做到1mm以下，契合時下手機需求方向。

3、分量輕

聚合物電池分量較平等容量規格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。

4、容量大

聚合物電池較平等尺寸規格的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%，成為彩屏手機及彩信手機的首選，現在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多選用聚合物電芯。

5、內阻小

聚合物電芯的內阻較一般液態電芯小，現在國產聚合物電芯的內阻乃至能夠做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延伸手機的待機時刻，完全能夠到達與國際接軌的水平。這種支撐大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的抱負挑選，成為最有期望替代鎳氫電池的產品。

6、形狀可定制

聚合物電池可依據客戶的需求增加或減少電芯厚度，開發新的電芯類型，價格便宜，開模周期短，有的乃至能夠依據手機形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。

7、放電特性佳

聚合物電池選用膠體電解質，比較液態電解質，膠體電解質具有平穩的放電特性和更高的放電渠道。

8、保護板規劃簡單

由于選用聚合物資料，電芯不起火、不爆破，電芯本身具有滿足的安全性，因而聚合物電池的保護線路規劃可考慮省略PTC和保險絲，然后節省電池本錢。聚合物鋰電池在安全性、體積、分量、容量、放電功用方面均具有極大優勢。

磷酸鐵鋰電池

從正負極資料鋰電池還分為：鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰（LiMn2O4），磷酸鐵鋰電池

Sony公司推出的榜首塊鋰電池中，正極資料是鈷酸鋰，負極資料為碳。其間，決定電池的可充電最大容量及開路電壓的首要是正極資料。

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極資料的鋰電池。鋰電池的正極資料有許多種，首要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元資料、磷酸鐵鋰等。其間鈷酸鋰是現在絕大多數鋰電池運用的正極資料，而其它正極資料由于多種原因，現在在市場上還沒有許多出產。磷酸鐵鋰也是其間一種鋰電池。從資料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌進程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。磷酸鐵鋰電池是用來做鋰二次電池的,現在首要方向是動力電池，相對NI-MH,Ni-Cd電池有很大優勢。

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磷酸鐵鋰電池的特性

1、超長壽數

長壽數鉛酸電池的循環壽數在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環壽數到達2000次以上，規范充電（5小時率）運用，可到達2000次。同質量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、保護保護又半年”，最多也就1—1.5年時刻，而磷酸鐵鋰電池在相同條件下運用，將到達７－８年。歸納考慮，功用價格比將為鉛酸電池的4倍以上。

2、運用安全

磷酸鐵鋰完全處理了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的磕碰下會發生爆破對消費者的生命安全構成威脅，而磷酸鐵鋰以通過嚴厲的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會發生爆破。

可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內即可使電池充溢，起動電流可達2C,而鉛酸電池現在無此功用。

3、耐高溫

磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。作業溫度范圍廣大（-20C--＋75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

4、容量

具有比一般電池（鉛酸等）更大的容量。可充電池在常常處于充溢不放完的條件下作業，容量會敏捷低于額外容量值，這種現象叫做回憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在回憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現象，電池不管處于什么狀況，可隨充隨用，無須先放完再充電。

平等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3分量是鉛酸電池的1/3。該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（SGS認證通過），無污染，契合歐洲RoHS規則，為肯定的綠色環保電池證。

5、無回憶效應

鋰動力電池的功用首要取決于正負極資料，磷酸鐵鋰作為鋰電池資料是近幾年才呈現的事，國內開宣布大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全功用與循環壽數是其它資料所無法比較的，這些也正是動力電池最重要的技能指標。1C充放循環壽數達2000次。單節電池過充電壓30V不焚燒，穿刺不爆破。磷酸鐵鋰正極資料做出大容量鋰電池更易串聯運用。以滿足電動車頻繁充放電的需求。具有無毒、無污染、安全功用好、原資料來源廣泛、價格便宜，壽數長等長處，是新一代鋰電池的抱負正極資料。

鋰電池的正極為磷酸鐵鋰資料。這種新資料不是以往的鋰電池正極材LiCoO2；LiMn2O4；LiNiMO2。其安全功用與循環壽數是其它資料所無法比較的，這些也正是動力電池最重要的技能指標。1C充放循環壽數達2000次。單節電池過充電壓30V不焚燒，不爆破。穿刺不爆破。磷酸鐵鋰正極資料做出大容量鋰電池更易并串聯運用。

磷酸鐵鋰電池也有其缺陷：例如磷酸鐵鋰正極資料的振實密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰電池，因而在微型電池方面不具有優勢。

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在后工業時代，汽車普及的速度大大超過了咱們的幻想，在帶來高效便利的一起，許多尾氣的排放，也給環境增添了很大壓力，而跟著石油價格飛漲、二氧化碳排放帶來溫室效應等問題的凸顯，更是迫切需求尋覓替代傳統動力的新式動力。液態氫、燃料電池等都是好的挑選，可是存在價格高、技能不成熟等問題，一般鉛酸電池運用本錢相對較低，但分量重，能量密度低，運用壽數短，還存在潛在的重金屬污染等問題。

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采新一代電動車用了新式的磷酸鐵鋰電池作為其動力核心，這種綠色環保動力具有許多特點和優勢：

1、安全性相當高

要作為汽車動力，安全性是壓倒一切的首要考慮要素。一般鋰電池的安全性雖然能得到根本保證，可是在極端條件下存在起火、爆破的或許性。磷酸鐵鋰電池作為鋰電池的二代產品，本身物理功用安穩，再配合電池組內置的過壓、欠壓、過流、過充等保護功用，不爆破不起火，是現在全球僅有肯定安全的鋰離子電池。由于選用高熱安穩性資料和細致工藝規劃，電池安全和可靠性大為增強。與鋰電池不當運用中或許呈現的爆破現象比較，磷酸鐵鋰電池即使扔在火中也不會發生爆破。高溫安穩性可達400—500°C,保證了電池內在的高安全性;不會因過充、溫度過高、短路、碰擊而發生爆破或焚燒。通過嚴厲的安全測試，即使在最惡劣的交通事故中也不會發生爆破。

2、壽數長本錢低

作為動力電池，運用壽數(循環功用)與總體運用本錢密切相關，和一般鋰電池500次左右的循環運用壽數比較，磷酸鐵鋰電池在室溫下可充放電循環1500次，容量堅持率95%以上，而50%容量的循環壽數更是到達了2000次以上，電池的持續路程壽數大于50萬公里，能夠運用五年左右，是鉛酸電池的8倍，鎳氫電池的3倍，是鈷酸鋰電池的4倍左右。再加上其出產制形本錢本身就低于一般鋰電池，無疑能大大降低電動車的運用和保護本錢。

一起磷酸鐵鋰電池放電功用也非常優異，功率曲線平穩，抗過放才能強，一般鋰電電芯在低于3.2V后，再放電就是過放，或許會導致作廢。可是磷酸鐵鋰電池在2.8V的時分還有能量釋放，低于2.5V都不存在作廢的問題。

3、運用處理便利

咱們知道，鎳氫、鎳鎘電池存在較強的回憶效應，一般鋰電池也有必定的回憶效應問題，需求盡量“滿充溢放”，會給電動車日常運用帶來不便，而磷酸鐵鋰電池無此現象，自放電小;無回憶效應，電池不管處于什么狀況，可隨充隨用，無須先放完再充電，一起該電池快速充電特性優異，用專用充電器快充，半小時能足夠95%左右。電池壽數終結后的處理問題，也值得咱們關注，磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染，契合規則，為肯定的綠色環保電池，鉛酸電池中存在著許多的鉛，在其廢棄后若處理不當，將對環境構成二次污染，而磷酸鐵鋰資料不管在出產及運用中，均無污染。