優能工程師:鋰離子電池內部構造及其特點有哪些

鋰的電檢性很強，可以作為高電壓和高比能量的電池。金屬鋰暴露在空氣中或遇到水時會發生燃燒。目前在市面上電動轎車鋰電池中已不採用金屬鋰，因為金屬鋰為負極的電池在充電時，會在晶格中產生枝晶而發生內部短路和不安全，而是採用鋰合金或鋰的碳化物來製造。

在電動轎車鋰電池中採用液態電解質時，單體電池要求有高防滲漏性，現代原來的液體有機電解質已經被固體聚合物電解所代替，構成全固態鋰聚合物鋰離子電池。美國USABC、日本、德國和法國都對電動轎車鋰電池的研究和開發十分重視，近年來取得很大的進展。

鋰離子電池的工作原理

電動轎車鋰離子電池的正極，主要採用LiM12 04 .LiNi02 .LiC002和LiCoo. 98 Mgo. oi Nio. 01 02等鋰的化合物製造oLiC002具有容量高、放電電壓較平穩、性能穩定、壽命長等優點。但鑽(CO)的資源較少，有較大的毒性oLiMr-1204易於合成，價格便宜，但在可逆反應過程中，嵌、脫的鋰離子量較小，容量偏低而且衰減較快。一殷認為LiNi02中的Ni取代LiC002中的CO，可以取得較好的效果，而且可以降低成本。電動轎車鋰離子電池的負極，不再採用金屬鋰作為負極，而是採用天然石墨、人造石墨和層狀石墨鋰碳化物LiC6等碳材料製造。碳材料來源豐富，價格便宜，沒有毒性。通過鋰離子在碳中分離和結合進行充電和放電。

鋰離子電池的構造

電動轎車鋰離子電池的單體格電池做成圓柱形或稜柱形，然後將單體電池組合成鋰離子電池總成。鋰離子電池由正極、負極和固體鋰離子導體組成，它們封裝在外殼中。

鋰離子電池的充、放電特性

充電特性

電動轎車鋰離子電池用標準充電電流充電2. 5h，當單體電池電壓上限達到4.5 V後，改用恆壓充電。在整個充電過程中，電池的溫度約升高2℃。這種電動轎車鋰離子電池的壽命可以達到1 000次循環。

放電特性

電動轎車鋰離子電池在不同放電倍率下放電，電動轎車電池的容量和能量隨放電倍率的增加而降低，在放電倍率下放電時，相當於1/3C放電倍率下放電時的9 5%的負荷特性。在2C放電倍率下放電時，相當於173c放電倍率下放電時的88%的負荷特性。在3C放電倍率下放電時，相當於1/3C放電倍率下放電時的70%的負荷特性，電池的內阻隨放電倍率的增加而增加。

鋰離子電池的特點

電動轎車鋰離子電池顯示出很多優點，電壓高達3.6～4V，相當3個鎳鎘電池串聯起來的電壓。比能量達到100～120W. h/kg，是鎳鎘電池的1.5～3倍，比功率高達1500W/kg．循環壽命可達1 000次。充放電效率高，功率輸出密度大，沒有記憶效應等，其能量達到銅酸電池的三倍以上，具有高安全性（固態）、環保性好等優點。電動轎車鋰離子電池主要問題是快速充、放電的性能較差，需要進一步解決對其充放電過程的控制和配備專用的充電器。對於大容量鋰離子電池組，還需要解決電池組的可靠性和各個單體電池之間的一致性。鈷系鋰離子電池在過充電狀態時會引起電池爆炸，需要用安全閥以防止電解液受高溫汽化後產生的壓力升高，並裝自動溫度調控裝置，進行過充、放電的保護。

鋰的製取較困難，管理和使用較複雜，要求有嚴格的安全措施，需要配備電子保護電路、電動汽車電池管理系統和熱管理系統等，使得其附屬裝置更複雜，也增加了電動轎車電池組的造價，價格高於同等容量的鎳鎘電池或鎳氫電池。