鉅大LARGE | 點擊量：2015次 | 2021年05月17日
鋰離子電池的工作原理、結構及優(yōu)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(tài)；放電時則相反。不含有毒有害物質，被稱為綠色電池。下面賢集網小編為大家介紹鋰離子電池工作原理、結構組成、優(yōu)缺點與鋰離子電池、蓄電池、碳酸鐵鋰離子電池、聚合物電池的差別。
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(xiàn)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(fā)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(tǒng)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(yōu)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(yōu)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(lián)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(jù)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(huán)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(yōu)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(huán)境下使用，經過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用。
8、綠色環(huán)保：不論生產、使用和報廢都不含有也不出現(xiàn)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(xiàn)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(jiān)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(yōu)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(xiàn)電流，易出現(xiàn)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(shù)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(xù)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(lián)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(lián)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(huán)次數(shù)是800次左右，按照我們現(xiàn)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(huán)不是說800次后電池就徹底報廢了，而是指在循環(huán)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(xù)行里程還能高于用戶最低續(xù)行要求之上，那還是可以繼續(xù)使用的，直到續(xù)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(lián)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(lián)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(guī)格容量的鋰離子電池比鉛酸電池的續(xù)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(xiàn)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(yōu)點。但是，由于整個產業(yè)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(shù)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(tài)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。
以上就是有關鋰離子電池工作原理、結構組成、優(yōu)缺點與鋰離子電池、蓄電池、碳酸鐵鋰離子電池、聚合物電池的差別的一系列知識介紹，最新消息：物理學家GabrielVeith受一種名為oobleck的物質啟發(fā)，成功研發(fā)出防止鋰離子電池起火的新化學配方。
下一篇：你了解鋰離子電池的低溫技術么？
