鋰離子動力電池是目前比較環保的新能源電池之一，我們從鋰離子動力電池材料、結構、分類、使用環境溫度和優缺點這幾方面來深入理解鋰離子電池。

1、鋰離(li)子(zi)動(dong)力電池(chi)材料項目(mu)

目前較為(wei)常用的(de)(de)鋰(li)(li)電池材(cai)料有鉆(zhan)酸(suan)鋰(li)(li)、鎳(nie)酸(suan)鋰(li)(li)以及錳(meng)酸(suan)鋰(li)(li)。用得最多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)材(cai)料是鉆(zhan)酸(suan)鋰(li)(li)，循環性能(neng)好，制(zhi)造也方便(bian)，缺點是鉆(zhan)化合物價(jia)格較貴。鎳(nie)酸(suan)鋰(li)(li)的(de)(de)因(yin)(yin)為(wei)性質不穩定，制(zhi)造困難(nan)，通常用得較多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)是鉆(zhan)酸(suan)鋰(li)(li)摻(chan)雜鎳(nie)的(de)(de)化合物，又稱鎳(nie)鉆(zhan)酸(suan)鋰(li)(li)。錳(meng)酸(suan)鋰(li)(li)也是非常好的(de)(de)材(cai)料，在高溫下錳(meng)酸(suan)鋰(li)(li)的(de)(de)衰(shuai)減比較快等諸多(duo)(duo)(duo)原因(yin)(yin)，目前應用多(duo)(duo)(duo)數(shu)還停留在實驗室階段。

磷酸鐵鋰電池的磷酸基正極材料依其超長的循環壽命，極好的安全性能，較好的高溫性能，極其低廉的價格，而且低溫性能和倍率放電已經可以達到鉆酸鋰的水平等，使其成為最有希望的動力電池材料。

2、鋰離子動力(li)電池的結構

電(dian)(dian)池一般包括：正極(ji)（positive）、負(fu)極(ji)（negative）、電(dian)(dian)解質（electrolyte）、隔膜（separator）、正極(ji)引線（positivelead）、負(fu)極(ji)引線（negativeplate）、中心(xin)端子、絕(jue)緣材料(liao)（insulator）、安(an)全閥（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正溫度控制端子）、電(dian)(dian)池殼(ke)。一般大家較關心(xin)正極(ji)、負(fu)極(ji)、電(dian)(dian)解質。

3、鋰(li)離子動力電池分類

（1）按照電池外(wai)形

圓(yuan)柱形(xing)鋰離(li)子(zi)電池：目前主(zhu)(zhu)要為18650（直徑(jing)18mm，長度65mm）和(he)(he)26650（直徑(jing)26mm，長度65mm）兩(liang)種型(xing)號，主(zhu)(zhu)要應用于筆記本(ben)和(he)(he)電動工具領域；

方形鋰離子(zi)電池：種類較多，主要(yao)應用于手機(ji)、數碼相(xiang)機(ji)等(deng)領域；

扣(kou)式鋰離子電池：可滿足計算(suan)機(ji)、攝(she)像機(ji)等對高比容(rong)量和薄型化的(de)要(yao)求(qiu)；

（2）按(an)使用溫(wen)度

高溫鋰離子電池：主要應用于(yu)軍(jun)工、航天等領域，民用領域主要是汽車(che)的GPS領域；

常溫鋰(li)離(li)子電池：目前商業化的鋰(li)離(li)子電池基本(ben)丟只能在(zai)-20~45℃范圍內工作(zuo)；

低溫鋰離子電(dian)池(chi)：目(mu)前商業(ye)化的鋰離子電(dian)池(chi)基本丟只能在-40~55℃范圍內工作；

（3）按電解(jie)質(zhi)的狀態

液態鋰離子電池：電解質為(wei)有機溶劑(ji)+鋰鹽；

聚合(he)物鋰離子電池(chi)：聚合(he)物的基體主要為HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等；

全(quan)固(gu)態鋰離子(zi)電池(chi)：還處(chu)在實驗階段；

（4）按(an)外(wai)殼材(cai)質

鋼殼鋰(li)離(li)子電池：密(mi)封性較好；

鋁殼鋰離子電池：質量輕(qing)；

鋁塑膜(mo)鋰離子電(dian)池(chi)：電(dian)池(chi)生產工(gong)藝簡單(dan)，電(dian)池(chi)的質(zhi)量(liang)比(bi)能量(liang)高；

（5）按(an)正極材(cai)料分類(lei)

鉆酸鋰(li)電池：應用最(zui)廣(guang)，振實密(mi)度(du)高(gao)，比能(neng)量高(gao)，電壓平臺穩，但是原來(lai)貴，對環境有(you)污染(ran)，安全性差；

錳(meng)酸鋰(li)：三維隧道(dao)的結(jie)構，鋰(li)離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌(qian)，不會引起結(jie)構的塌陷，因(yin)而具有(you)優異的倍率(lv)性能(neng)和穩(wen)定(ding)性。環境(jing)友好，但能(neng)量密度低、高溫性能(neng)大；

磷(lin)酸鐵鋰電池：比表面(mian)積大，能量(liang)密(mi)度高(gao)，循環(huan)性(xing)能好(hao)，材(cai)料批(pi)量(liang)化生產很難達到(dao)較高(gao)的一致性(xing)，低(di)溫(wen)放電性(xing)能不好(hao)；

（6）按負極(ji)材料分類

石墨：電(dian)導(dao)性好，結晶度高，具有良(liang)好的層(ceng)狀結構適合(he)Li的脫嵌，容量在(zai)300mAh/g以(yi)上，充放電(dian)效率90%以(yi)上，良(liang)好的充放電(dian)平(ping)臺；

軟(ruan)碳(tan)：結晶度低，晶粒尺寸小，與電(dian)解液相(xiang)容性好(hao)，輸出電(dian)壓低，無明顯充放電(dian)平臺，不可(ke)逆容量較高，基本沒商業(ye)化；

硬碳：Li嵌入不(bu)會引(yin)起膨脹，又良好的(de)充放電循環(huan)性能，較高(gao)的(de)比容量，可達到400mAh/g以上，并且(qie)低溫性能好，是理想的(de)電動汽車電池負極材料，日本已(yi)經(jing)商(shang)業化(hua)；

鈦酸鋰：“零應變”材料，電位較高(gao)不會形成鋰枝晶(jing)，目(mu)前研究較熱(re)，但由于脹氣問題至(zhi)今未(wei)得到大規模應用；

硅基(ji)：超高的比(bi)容量，但由(you)于粉化問題(ti)，無法真正使用，仍處(chu)于實(shi)驗(yan)室研究階段；

4、鋰離子(zi)動力電池(chi)使用的環境(jing)溫度

目前鋰離子動力電池使用的環境溫度(du)(du)最低(di)-40℃，最高70℃；而溫度(du)(du)范圍為-40℃——50℃，-20℃——60℃；

不(bu)同溫(wen)(wen)度下，鋰離(li)子電(dian)(dian)池放(fang)電(dian)(dian)能力和放(fang)電(dian)(dian)容量也會不(bu)同，一般(ban)說在常溫(wen)(wen)下放(fang)電(dian)(dian)性能是(shi)最(zui)好的，其他高溫(wen)(wen)或是(shi)低(di)溫(wen)(wen)，放(fang)電(dian)(dian)性能都會降低(di)。

5、鋰離子(zi)動力電(dian)池優點與不(bu)足

鋰離子動力電(dian)池(chi)優點

a、電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)高：單體電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)工作電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)高達(da)3.7-3.8V（電(dian)(dian)(dian)(dian)芯電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)最高可充到4.2V），是(shi)Ni-Cd、Ni-H電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)3倍。

b、比能(neng)(neng)量(liang)大：目前能(neng)(neng)達到(dao)的實(shi)際比能(neng)(neng)量(liang)為555Wh/kg左右，即材料能(neng)(neng)達到(dao)150mAh/g以上的比容量(liang)（3-4倍(bei)于Ni-Cd，2-3倍(bei)于Ni-MH），已接近(jin)于其理論值的約88%。

c、循環壽命長：一般均可達到(dao)500次(ci)以(yi)(yi)上，甚至1000次(ci)以(yi)(yi)上，磷酸鐵鋰的可以(yi)(yi)達到(dao)2000次(ci)以(yi)(yi)上。對于小(xiao)電(dian)流放(fang)電(dian)的電(dian)器(qi)(qi)，電(dian)池(chi)的使用期限，將(jiang)倍增電(dian)器(qi)(qi)的競(jing)爭力(li)。

d、安全性能好：無公害，無記憶效(xiao)應(ying).作為Li-ion前身的(de)(de)鋰電池，因金(jin)屬鋰易形(xing)成枝(zhi)晶發生短(duan)路(lu)，縮(suo)減了其(qi)應(ying)用領(ling)域：Li-ion中不含鎘(ge)、鉛(qian)、汞等對環(huan)境有(you)污染的(de)(de)元(yuan)素：部分(fen)工藝（如燒結式(shi)）的(de)(de)Ni-Cd電池存在的(de)(de)一大弊病為“記憶效(xiao)應(ying)”，嚴重束縛(fu)電池的(de)(de)使用，但Li-ion根本不存在這方面的(de)(de)問題。

e、自(zi)放(fang)電小：室(shi)溫下(xia)充滿電的Li-ion儲(chu)存1個月后(hou)的自(zi)放(fang)電率(lv)為2%左右，大(da)大(da)低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

f、可快速充放(fang)電(dian)：充電(dian)30分鐘(zhong)容(rong)量(liang)可以(yi)(yi)達(da)到標(biao)稱容(rong)量(liang)的80%以(yi)(yi)上，現在(zai)磷鐵電(dian)池(chi)可以(yi)(yi)達(da)到10分鐘(zhong)充電(dian)到標(biao)稱容(rong)量(liang)的90%。

g、工(gong)作溫度(du)范圍高：工(gong)作溫度(du)為-25~55°C，隨(sui)著電解液和(he)正(zheng)極的改(gai)進，期(qi)望能擴寬到-40~70°C。

鋰離子動力(li)電池缺點(dian)：

a、衰老：與其它充電電池不(bu)同(tong)，鋰(li)(li)離子電池的容(rong)量(liang)會緩慢衰退(tui)，與使用(yong)次數(shu)無關(guan)，而與溫(wen)度有(you)關(guan)。可(ke)能的機制是內阻(zu)逐漸升高，所以，在工作電流高的電子產品更(geng)容(rong)易體(ti)現。用(yong)鈦(tai)酸鋰(li)(li)取代(dai)石墨似乎(hu)可(ke)以延長壽命。

儲存溫(wen)度與容量永久損失速(su)度的關系：

充電電量	儲存溫度0℃	儲存溫度25℃	儲存溫度40℃	儲存溫度60℃
40%~60%	2%/年	4%/年	15%/年	25%/年
100%	6%/年	20%/年	35%/年	80%/6月

b、不(bu)耐受過充：過充電(dian)時，過量(liang)嵌入(ru)的鋰離子(zi)會永久固定于晶格中，無法再釋放(fang)，可導致電(dian)池(chi)壽命短及產氣造成氣鼓(gu)。

c、不耐(nai)受(shou)過(guo)(guo)放：過(guo)(guo)放電時，電極脫嵌過(guo)(guo)多(duo)鋰離(li)子，可(ke)導致(zhi)晶格坍(tan)塌，從(cong)而(er)縮短壽命及(ji)產氣(qi)造成氣(qi)鼓。

d、需要多重保護(hu)機制：由于錯(cuo)誤使用會減少壽命，甚至可能(neng)導致爆炸，所以，鋰(li)離子電池(chi)設計(ji)時(shi)增加(jia)了多種(zhong)保護(hu)機制。

保護電路(lu)：防(fang)止過(guo)(guo)充、過(guo)(guo)放、過(guo)(guo)載、過(guo)(guo)熱。

排(pai)氣孔(kong)：避免電池內部壓(ya)強過大。

隔(ge)膜特性：有較高的抗穿刺強度，防止(zhi)(zhi)內(nei)部短路；在電池(chi)內(nei)部溫(wen)度過高時還能(neng)融化，阻(zu)止(zhi)(zhi)鋰(li)離子通過，阻(zu)滯(zhi)電池(chi)反應(ying)，升高內(nei)阻(zu)（至2kQ）。