锂離子電池簡介

TIME: 2019-02-05 锂電池百科

锂離子電池（LiIon）早在1912年就已开发出来，但直到1995年索尼采用它们才开始普及。锂离子（Li-Ion）电池是一种可充电电池，其能量容量是镍镉电池的两倍，具有更高的稳定性和安全性。锂離子電池使用液态锂基材料作为其电极之一。

它是把锂離子嵌入碳（石油焦炭和石墨）中形成負極（傳統锂電池用锂或锂合金作負極）。正極材料常用LixCoO2，也用LixNiO2和LixMnO4，電解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）。

锂離子二次電池充、放電時的反應式爲（如下圖）：

锂離子電池的结构

锂離子電池的三个主要功能部件是正负极和电解液。通常，传统锂離子電池的负极由碳制成。正极通常是金属氧化物。所述电解质是锂盐在有机溶剂中。电极的电化学作用在阳极和阴极之间反转，这取决于电流流过电池的方向。

最常見的商業使用的陽極（負極）是石墨，在其完全锂化的LiC6狀態下，xxx容量爲372mAh/g。正極一般是三種材料中的一種：層狀氧化物（如钴酸锂）、聚陰離子（如磷酸鐵锂）或尖晶石（如锂錳氧化物）。最近，含有石墨烯的電極（基于石墨烯的2D和3D結構）也被用作锂電池電極的組件。

電解質通常是有機碳酸酯的混合物，例如含有锂離子絡合物的碳酸亞乙酯或碳酸二乙酯。這些非水性電解質通常使用非配位陰離子鹽，例如六氟磷酸锂(LiPF6）、六氟砷酸锂一水合物（LiAsF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氟硼酸锂（LiBF4)，和三氟甲磺酸锂(LiCF3所以3）。

锂離子電池在各种设备中很常见，尤其是移动设备。锂離子電池的适用领域也很广泛，例如智能手机，平板电脑和笔记本电脑，无线电控制的车辆，便携式蒸发器，无人机等等。甚至有一些巧妙设计的锂離子電池已用于可穿戴设备中。锂離子電池（Li-Ion）与锂聚合物（LiPo）电池相比。由于室温性能差，真正的锂聚合物LiPo电池不能在市场上买到，我们现在通常用到的锂聚合物电池实际上是聚合物杂化物或聚合箔袋形式的标准液体电解质。软包锂聚合物液体电池仍然需要产品中的硬壳以防止膨胀，否则会有安全问题。

在悬浮板和便携式蒸发器等高排放应用中，锂离子（LiIon）电池发生了燃烧或爆炸事故。其中一个原因可能是劣质甚至可能不是锂離子電池。例如，我们知道的特斯拉，它的S高性能电动汽车中使用的锂離子電池，可以放电至零伏而不会发生事故。所以，选择一款高性能的合适的锂離子電池，具体要看他应用的范围。锂離子電池具有更好的低温放电性能，工作温度范围为-20’C-60’C。但是注意了，不使用的话，有些也是会老化的。锂離子電池更适合于非常高耗电的设备。最后，小格提醒大家，锂聚合物电池和锂離子電池都需要特殊的智能充电器，并且需要电路保护才能最安全地使用。

锂離子電池控制程序

单个锂離子電池和完整锂離子電池的充电程序略有不同。

单个锂離子電池分两个阶段充电：

恒流(CC)。

恒壓(CV)。

锂離子電池（一组串联的锂離子電池）分三个阶段充电：

恒流。

平衡（電池平衡後不需要）。

恒壓。

在恒流階段，充電器以穩定增加的電壓向電池施加恒流，直到達到每個電池的電壓限制。

在平衡階段，充電器降低充電電流（或循環充電和關閉以降低平均電流），同時通過平衡電路使單個電池的充電狀態達到相同水平，直到電池平衡。一些快速充電器跳過這個階段。一些充電器通過對每個電池獨立充電來實現平衡。

在恒壓階段，充電器向電池施加等于xxx電池電壓乘以串聯電池數的電壓，隨著電流逐漸向0下降，直到電流低于設定阈值（約3%的初始值）恒定充電電流。

大約每500小時定期加滿一次。當電壓低于4.05V/cell時，建議啓動頂部充電。

锂離子電池的性能

比能量密度：100～250W·h/kg（360～900kJ/kg）

體積能量密度：250至680W·h/L（900至2230J/cm?）

比功率密度：300至1500W/kg（20秒和285W·h/L）

由于锂離子電池可以有多种正负极材料，因此能量密度和电压也随之变化。开路电压比更高的水溶液系电池（如铅酸，镍金属氢化物和镍镉）。内阻随着循环和老化而增加。内阻上升会导致端子电压在负载下下降，从而降低xxx电流消耗。最终，增加电阻会使电池处于一种状态，使其无法再支持它所要求的正常放电电流，而不会出现不可接受的电压降或过热。

锂離子電池的形状

锂離子電池（不同于整个电池）有各种形状，通常可以分为四组：

小圓柱體（沒有端子的實心體，如舊筆記本電池中使用的那些）
大圓柱體（帶有大螺紋端子的實心體）
扁平或袋狀（柔軟、扁平的機身，例如用于手機和新型筆記本電腦的電池；這些是锂離子聚合物電池。
帶有大螺紋端子的剛性塑料外殼（如電動汽車牽引包）

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