鉅大LARGE | 點擊量：559次 | 2023年09月05日
詳解鋰離子電池工作原理、結構以及優缺點介紹
鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它重要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。不含有毒有害物質，被稱為綠色電池。
鋰系電池分為鋰離子電池和鋰離子電池。
手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰離子電池。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現代高性能電池的代表。而真正的鋰離子電池由于危險性大，很少應用于日常電子產品。
鋰離子電池由日本索尼公司于1990年最先開發成功。它是把鋰離子嵌入碳（石油焦炭和石墨）中形成負極（傳統鋰離子電池用鋰或鋰合金作負極）。
鋰離子電池結構組成部分
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1）正極活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
鋰離子電池工作原理、結構、優缺點與鋰離子電池、蓄電池的差別
2）隔膜一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
3）負極活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
4）有機電解液溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
5）電池外殼分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為搖椅電池。
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），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。
鋰離子電池優點
1、鋰離子電池電壓平臺高：單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯電壓，便于組成電池組。
2、具有高儲存能量密度：相對其他電池而言鋰離子電池能量密度很高，目前已達到460-600Wh/kg，約為鉛酸電池的6～7倍。這就意味著在相同電荷容量下，鋰離子電池重量更輕。據計算相同體積下重量約為鉛酸產品的1/5～1/6。
3、使用壽命相對較長：鋰離子電池的使用壽命可達到6年以上。以磷酸亞鐵鋰為正極的鋰離子電池為例，在1C充放電倍率下，循環周期的*紀錄可達1000次。
4、具備高功率承受力：電動汽車鋰離子電池用的磷酸亞鐵鋰離子電池*充放電倍率可以達到15C-30C，這非常適合動力汽車高強度的啟動和加速。
5、自放電率很低。自放電率是鋰離子電池*突出的優越性之一，室溫下滿電存儲一個月的自放電率約10％左右，而同等條件下鎳鎘為25～30％、鎳氫為30～35％。
6、無記憶效應：這意味著鋰離子電池可以隨時充放電，而不必像鎳氫、鎳錫電池相同，必須要等到電量耗盡。
7、高低溫適應性強：鋰離子電池可在-20℃--60℃的環境下使用，經過工藝上的處理，可以在-45℃環境下使用。
8、綠色環保：不論生產、使用和報廢都不含有也不出現鉛、汞、鎘等有毒重金屬物質。
9、鋰離子電池的重要原材料鋰、錳、鐵、釩等在我國都是富產資源；生產基本不消耗水，對水之源稀缺的國家十分有利。
鋰離子電池的缺點
1、錯誤使用存在安全隱患：由于鋰離子電池組成物質非常活躍，若使用錯誤將會出現電解液分解、燃燒甚至爆炸的重大事故。
2、不同放電倍率對電池的可用容量影響較大。
3、過充電和過放電均會對電池造成不可恢復的損害：針對以上的缺點，一般大容量的鋰離子電池組均采用了保護裝置來監視電池的使用過程。
4、低溫下電池性能明顯惡化，放電平臺下降、輸出功率減小、可用電量衰減等。
鋰離子電池工作原理、結構、優缺點與鋰離子電池、蓄電池的差別
鋰離子電池和鋰離子電池的差別
鋰離子電池是以金屬鋰作為電極，以電子傳遞出現電流，易出現枝晶引起爆炸。鋰離子電池是一次電池。
鋰離子電池是以鋰離子的傳遞來完成充放電，重要以鋰摻雜金屬的氧化物作為電極。鋰離子電池是二次電池可充電。
鋰離子電池和碳酸鐵鋰離子電池的差別
磷酸鐵鋰離子電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料重要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。
鋰離子電池和蓄電池的差別
第一：重量的比較。鋰離子電池更輕便，鋰離子電池容量密度高，達到192Wh/kg，同樣的重量體積，裝下的能量是鉛酸電池的多倍，目前兩輪電動汽車要大續航的，唯有選擇鋰離子電池是最好的途徑。
第二：充電效率的比較。鋰離子電池充電的效率更高，拿三元18650鋰離子電池來說，最大充電電流一般是0.5C，以聯盟72V24Ah的鋰離子電池來說，最大充電電流可以是12A了，當然為了鋰離子電池的安全和壽命考慮，聯盟的鋰電保護板限制了最大充電電流，目前推薦最大6A的充電電流，72V24Ah電池只要4個小時充電。
第三：壽命的比較。鋰離子電池的壽命更長，一般三元鋰電，循環次數是800次左右，按照我們現在的電動汽車一般使用情況，鋰離子電池至少可以使用3年。這里說的800次循環不是說800次后電池就徹底報廢了，而是指在循環800次后，其容量還能達到新電池最大容量的60-70%左右，假如容量續行里程還能高于用戶最低續行要求之上，那還是可以繼續使用的，直到續行已經無法滿足用戶的需求了為止，而這壽命有可能就是4年？5年？甚至6年？
第四：性能和耐用的比較。同樣容量的鋰離子電池，有效使用的能量比鉛酸電池多。就拿72V的鉛酸和鋰離子電池來比較吧。一般鉛酸電池工作的電壓是63V-82V，中間的壓差是19V。拿聯盟72V鋰電來說，20串18650的鋰電，單體鋰電工作電壓是2.75-4.2V，20串就是55V-84V，聯盟為了保護鋰電使用安全和壽命，設定的工作電壓是58V-83.5V，中間的壓差是25.5V，整整比鉛酸電池壓差多了6.5V，也就說說比鉛酸多了34%的工作電壓范圍。通俗的說，同電壓規格容量的鋰離子電池比鉛酸電池的續行里程可以多出三分之一左右，這還僅僅只算了電池能量的差別，沒有考慮鋰離子電池減輕的重量因素。
鋰離子電池和聚合物電池的差別
鋰聚合物電池是鋰離子電池升級換代產品。相關于現在流行的鋰離子電池而言，它具有容量大、體積小（薄）、安全（不會爆炸）等優點。但是，由于整個產業鏈的換代要一按時間，它的造價（成本）目前還比較高，僅在高端數碼產品中有使用（超薄筆記本電腦等）。鋰聚合物電池是指的全固態或凝膠太為電解液的鋰離子電池。一般采用鋁塑復合膜作為包裝材料。
