锂离子电池介绍

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电池在我们的生活中无处不在，但你真的知道什么是电池吗？不同的设备是否使用相同的电池？不同设备中使用的电池和电池有什么区别？我想你可能无法回答，所以在阅读这篇关于锂离子电池的文章之前，我们需要知道什么是电池。

电池，是指杯子、水箱或其他容器或复合容器的空间的一部分，其中包含电解质溶液和金属电极以产生电流，是一种可以将化学能转换为电能的装置。

它有两个电极。正极是阴极，负极是阳极。

随着科学技术的进步，电池一般是指能够产生电能的小型设备。

使用电池作为能源，我们可以获得稳定的电压、稳定的电流、长期稳定的电源，并且几乎不受外部环境的影响。此外，电池结构简单，易于携带和充电/放电操作，在现代社会生活的各个方面都发挥着重要作用。

在本文中，您不仅将了解电池行业术语、基本组成、分类，还将特别完整地介绍新开发的锂离子电池。让我们继续阅读吧！

电池行业术语

在阅读以下内容之前，您需要了解一些行业术语，这将帮助您更好地理解。

（1） 电池组。

有两种类型的电池组，串联和并联。每个并联电池的电压要求相同。并联电池组可以提供更强的电流。对串联电池组没有过多要求。

（2） 生命开始（BOL）。

它是指电池刚组装或处于电池寿命初始状态时的能量和容量。

（3） 寿命结束（EOL）。

当电池的最大存储能量或功率降低到初始寿命状态的一定比例时，称为寿命结束。

（4） 循环。

电池完成称为循环的充放电过程。

（5） 能量密度。

它是指电池每单位质量或体积的能量。能量密度与电池体积成反比，除其他情况外，能量密度越高，电池体积越小。

（6） 凝胶卷。

这是一种高效的电池制造技术，指的是将阴极、阳极和隔板堆叠在一起并缠绕起来。然后将它们放入通常为圆柱形的容器中。它可以在不增加电池总体积的情况下最大化电池的表面积。

（7） 交流电（AC）。

随着时间的推移，交流电压的幅度和方向将周期性地变化。功率大、要求高的设备多采用交流电。

（8） 直流（DC）。

直流电压的幅度和方向不会随时间改变。功率和要求低的设备通常使用直流电。

这里是最基本的行业术语。如果有其他术语可能有点困难，需要解释，我会向您解释，所以不要担心。

电池的基本组成

电池有五种主要的基本成分：

电池的正极称为阴极，通常用“+”表示。

电池的负极称为阳极，通常用“-”表示。

分离器和凝胶卷。

位于正极和负极之间的隔板。其功能是将正极和负极分开，以避免由于正极和负极之间的直接接触而导致的内部短路。

包装材料。

组装完成后，电池单元需要用金属外壳、塑料外壳或复合薄膜进行包装。

它是离子传输的媒介，允许离子在正负电极之间流动。电池初始包装后，电解液注入是最后一步。

此外，电池中还有许多其他小部件，如电流中断装置，但并非所有类型的电池都有。

蓄电池分类

主蓄电池和辅助蓄电池

根据是否可以多次充电，电池分为主电池和二次电池。

主蓄电池不能再次充电。放电后，必须处理或丢弃这种电池，例如小型家用电气设备中常用的碱性电池。

二次电池也称为可充电电池，可多次充电和放电。其应用和寿命取决于化学电池系统和环境条件。

铅酸电池、镍镉电池、钠基电池和锂离子电池

根据电池中使用的不同原材料，它们被分为四个不同的类别。

*铅酸蓄电池。

铅酸蓄电池是迄今为止最古老、最常见的二次电池。由于其稳定、可靠和廉价的能源供应系统，它被广泛应用于储能领域。此外，它是电动汽车中最常用的备用电源。

A铅酸蓄电池组

唯一的缺点是其低循环寿命，因此，它主要适用于高功率、低循环时间、无质量和体积限制以及低电池成本的应用领域。

由于其低材料、制造成本和高回收率，铅酸电池仍具有较高的市场份额。

*镍镉。

与铅酸电池相比，镍镉电池具有相对更高的电压、更高的容量和更长的循环寿命，广泛应用于混合动力电动汽车。

同时，镉镍具有记忆效应。虽然通过定期充电和放电可以在一定程度上减少这种影响，但它仍然严重影响循环过程中的可用能量。此外，其高自放电率是影响客户选择镍镉的原因之一。

*钠基电池。

钠基电池具有低材料成本和与镍镉类似的能量密度。

然而，它需要在高温环境下运行，因此主要用于中小型储能电站。

*锂离子电池。

关于这款电池，我将在以下内容中详细介绍。

锂离子电池

由于高能量密度，锂离子电池成为小型电器电源的最佳选择。这意味着在提供相同能量的情况下，锂离子电池只需要镍镉的一半体积和重量。例如，在移动电源中，像手机和笔记本电脑一样，都使用锂离子电池，以获得更长的运行时间。

锂离子电池工作电压高。高工作电压意味着要达到相同的组装电压，锂离子电池只需要更少的电池。这一特点大大降低了生产电池的成本。

并且具有较低的自放电率。这意味着，在储存一段时间后，锂离子电池的容量损失远小于其他电池。

更重要的是，它具有非常出色的循环寿命。铅酸电池的完全充放电循环寿命约为300-500次，而锂离子电池可达到数千次。

锂离子电池

根据外观的不同，市场上常见的电池有三种：圆柱形、方形和软包装。

柱状细胞。

其优点是所使用的金属壳是钢壳或镀镍钢壳和铝壳。这些金属外壳需要高能量才能被破坏，而金属外壳可以为外壳中的线圈芯提供“挤压压力”，以确保结构稳定性。因此，目前市场上有许多柱电池供应商和生产设备。

然而，小圆柱形电池的缺点是体积小，难以密封盖子。除了激光焊接技术，还有一些锂离子电池制造商使用压接技术来密封电池，这很容易导致安全问题。

圆柱形电池的另一个缺点是初始阻抗高，这意味着它比方形或软包装电池具有更高的产热率。

方形单元格。

方形电池通常用不锈钢、塑料或铝材料包装，广泛用于电动汽车领域。大方形电池的优点在于连接点少，功率高。更少的连接点也意味着更低的电池故障风险。

软包装单元。

软包装单元可制成各种形状，适用于各种装配系统。最大的缺点是安全性差。

此外，当在模块中应用软封装时，需要辅助压力来抑制体积变化以获得更好的寿命性能，并且辅助压力需要在整个电池中都相同。如果压力不一致，电池中的锂离子运动将受到限制，导致电池阻抗增加，电池寿命缩短，甚至形成锂枝晶，这将导致安全故障。

此外，软包装电池是用聚合物包装的，在电池组装过程中相对容易损坏，因此在操作过程中要小心。

决定锂离子电池价格的因素

决定锂离子电池价格的因素如下但不限于：

（1） 容量和电压。

容量和电压是最重要的两个影响因素。如果您需要一定的容量和电压，价格将根据情况而变化。

（2） 外壳尺寸和电池组重量。

同样，还需要考虑外壳尺寸和电池组重量。外壳尺寸小、重量轻的电池组总是比外壳尺寸大、重量重的电池组便宜。

（3） 循环寿命。

当然，更长的循环寿命锂离子电池的价格会更高。

（4） 原材料。

磷酸锂离子电池和三元锂离子电池有区别，因为LFP原料资源丰富，价格相对较低，而三元材料有点贵。

锂离子电池优势

在前面关于电池类别的部分中，我已经介绍了锂离子电池的优点。在这一部分中，我将解释更多细节。

内部优势。

*高能量密度。

能量密度与电池体积密切相关。由于能量密度高，电池的体积相对较小，因此客户也倾向于选择较小的电池。

*出色的循环寿命。

这一优势使锂离子电池有更长的时间供客户使用，从而使您在预算内拥有一款经济高效的电池产品。

*自放电率低。

根据锂离子电池的不同类型，其自放电率约为每月1%-5%，这使您的电池寿命更长。

*良好的安全性能

锂离子电池已被纳入许多安全措施，以保持良好的安全性能，例如在电池上安装排气阀。如果电池出现问题，将导致内部产生的气体达到高压，这与正常状态不同，阀门将打开以确保安全。

*低维护。

由于锂离子电池没有记忆效应，它不需要定期放电，这可以节省维护成本。

（2） 外部优势。

此外，政府政策支持是另一个重要优势。

由于锂离子电池本身的优势，许多国家都出台了锂离子电池的相关政策来支持其发展，例如限制燃油车，同时鼓励使用锂离子电池新能源汽车，并根据不同的标准给予一定的补贴。

锂离子电池类别

根据正极材料的不同，常见的锂离子电池有磷酸锂离子电池和三元锂离子电池。

磷酸锂离子电池。

LFP，也称为磷酸锂离子，是最常用的阴极原料。这种材料资源丰富，价格相对低廉，非常适合大规模应用。

另一个重要原因是LFP电池被认为是“安全”电池，但这样的说法并不准确。因为所有锂离子电池都有类似的热失控过程，而热失控所能达到的温度是不同的。只是我们应该承认，在所有锂离子电池中，磷酸锂离子电池对某些有限条件（如过充电和高温）具有相对较好的耐受性。

然而，磷酸锂离子电池的能量密度低于三元锂离子电池，这导致其体积大，因此它总是用于一些大型物品或运输，如卡车和公共汽车。

三元锂离子电池。

三元材料指镍、钴、锰或镍、钴和铝。镍可以提高电池的能量密度，镍越多，电池能量越高；钴可以使电池更稳定；锰和铝用作支撑材料以降低电池成本。

与磷酸锂离子电池相比，三元锂离子电池更活跃，能量密度更高。三元锂离子电池具有大的放电容量和良好的循环性能，由于其综合性能和成本的双重优势，越来越受到行业和客户的关注和认可。

锂离子电池的应用

锂离子电池已经开始在我们的生活中广泛使用。如果我们想追溯其来源，锂离子电池可以追溯到19世纪早期。

1881年，乔恩斯·雅各布·贝尔泽利乌斯在矿物中发现了锂，并将其命名。但第一个商用锂离子电池诞生于1991年。从那时起，锂离子电池已逐渐应用于许多不同的领域：

移动电源。

当然，首先是移动电源，如笔记本电脑、手机、游戏机等。在这些应用中，只需要少量的电池。

目前，锂离子电池在移动电源领域得到了广泛的应用。在这里我们可以看到锂离子电池是如何工作的。

个人交通。

主要有电动滑板车和电动轻便摩托车，以及轻型电动车。

电动滑板车的电池通常是铅酸电池，但也使用镍镉、镍氢或磷酸铁锂材料的锂离子电池。

大多数电动轻便摩托车使用铅酸电池，但现在也有镍氢电池和锂离子电池，这可以减轻电池重量。后者的电池具有高能量密度，这意味着它们可以骑行更长的距离。锂离子电池在摩托车上的使用主要是由于对高能量和功率的需求，同时也限制了电池的尺寸。

还有一些轻型电动汽车现在越来越多地使用锂离子电池。

公共交通。

电气化技术在公共交通中的应用可以有效降低燃料消耗，从而促进锂离子电池的发展。此外，随着城市人口的增加，私家车的数量逐年增加，城市拥堵和环境污染问题越来越严重。

一般来说，使用哪种类型的锂离子电池取决于公交出行和需求。如果电池可以在不牺牲使用寿命和容量的情况下接受频繁的快速充电，那么体积和能量可以相对较小，因此重量和成本可以相对较低。

工业应用。

电池和储能在工业中广泛使用。例如，机场内的叉车和其他运输工具、高尔夫球车、行李车和地勤车辆都配备了锂离子电池。

电网应用。

固定储能设备和电网系统非常庞大，包括各种应用和储能技术。

在偏远地区或供电不稳定的地方，固定能源系统更方便。在这些地方，发电机通常用来发电。当发电机停止工作时，需要电池继续供电，以保持不间断供电。锂离子电池在这些领域有很好的应用。

空间应用。

在20世纪早期，卫星和太空中的电池系统通常基于镍氢和镍镉电池；锂离子电池在20世纪末被引入太空领域。

在太空领域，引入锂离子电池的直接原因是其高能量密度。在这些区域，机身的整体重量至关重要。使用锂离子电池，工程师可以为机身增加能量并减轻机身重量。在卫星应用中，重量与成本直接相关，因此电池重量越轻意味着成本越低。目前，超过98%的政府、私人和商业空间使用锂离子电池作为电源。

更重要的是，锂离子电池对所有航班都非常有价值：减少占用体积，减少动力储备舱的体积。

锂离子电池的限制与限制

制约锂离子电池发展的主要因素有两个：安全性和回收利用。

电池安全一直是一个热点问题。对于锂离子电池，在制造和使用过程中隐藏着潜在的风险。

在制造过程中，电极制造、电池组装和其他过程都会对电池安全产生影响。例如，正负极混合、涂覆、轧制、切割或冲压、组装、添加电解液、密封等过程的质量控制都会影响电池的性能和安全性。

在使用过程中，应尽可能减少过充或过放电，特别是对于单体容量较高的电池。热扰动可能会导致一系列放热副作用，从而导致安全问题。

因此，锂离子电池生产完成后，需要进行一系列测试，以确保安全性，并在进入市场之前降低潜在风险。包括挤压试验、冲击试验、过充试验、短路试验和针刺试验。

此外，锂离子电池还采用了许多安全保护措施，如设置电池安全阀、热熔保险丝、正温度系数元件串联、使用热密封隔膜、加载专用保护电路、专用电池管理系统等。。

铅酸电池在废旧电池回收技术和行业中已经相当成熟，但锂离子电池再生仍处于初级阶段。锂离子电池没有相关的回收要求和规定。由于不同的锂离子电池具有不同的特性和模块结构，因此很难匹配不同的模块或电池进行二次利用。此外，随着锂离子电池价格的降低，锂离子电池回收不具备足够的经济价值。

但从资源利用角度来看，锂离子电池的梯次利用和资源回收是锂离子电池行业和电动汽车/储能行业可持续发展的必由之路。

锂离子电池刚刚开始大量使用，而且还处于使用初期，这意味着电池回收或再制造再利用至少需要五年或更长时间。但大量镍氢电池即将被回收，这促使一些制造商为电池回收建设基础设施，这可以为未来的锂离子电池提供回收经验。

使用锂离子电池时应注意

（1） 温度。

在适当的温度范围内，电池可以提供更多的电力。当处于低温条件下时，电池内部的化学反应速度变低，因此存储在电池中的能量大大减少。

不要将电池存放在车库、仓库或棚内。不仅可用电量会减少，而且电池寿命也会缩短。在某些情况下，电池甚至可能被冻结，导致盒子破裂或导致更多其他危险情况。

请勿将电池直接放置在混凝土地板上。如果地板太冷，电池温度和容量都会降低。因此，电池应远离地面支撑，以保持良好状态。

理想情况下，电池应放置在隔离且温度可调的房间中，或放置在温度可调电池盒中，以获得最佳温度。

（2） 维护。

从长远来看，电池维护对可再生能源系统非常重要。正确的维护可以延长电池寿命。延长电池寿命意味着降低系统的长期运行成本和电价。

（3） 通风。

充电时，电池可能会释放氢气，因此电池盒和存储场所应具有良好的通风系统以释放氢气。同时，注意不要将电池放在有气体或电气设备的地方。

（4） 远离儿童。

不要让孩子接触电池，以免孩子接触电池导致触电或酸烧伤。

（5） 避免深度放电。

深度放电次数越少，电池可以使用的时间越长。深度放电将缩短电池寿命。

深度放电后，应尽快对蓄电池充电。为了延长电池寿命，不应将其置于低功率状态太长时间。减少深度放电的一种方法是节约能源并提高功率效率。例如，在不使用时关闭灯或电气设备以节约能源。

自定义

当然，如果你有特殊需求，你可以要求定制。

在定制开始时，设计师最重要的事情是与您讨论详细的需求。

当你想要定制时，你需要事先考虑外壳尺寸、电池容量、电压、特殊充放电率等。

对于设计师来说，与客户沟通的目的是更好地了解电池设计所需的信息。通信后，可能会发现所需的电压范围比最初提出的更宽，或者可以进一步优化系统以满足客户的特殊需求。

电池设计者需要了解有关充放电循环的要求以及您想要达到的充放电频率。可能一年或每天使用几次。基于这些情况，满足循环要求的储能系统是完全不同的。

设计师设计电池最重要的是确保他们完全了解客户的实际需求。然而，一些客户不会详细列出他们的需求。在这种情况下，设计师将与您保持密切联系，提出尽可能多的问题并进行协商，以帮助您明确他们的完整要求，例如电动汽车需要多少功率、设计的行驶里程和循环寿命。一旦这些信息明确，电池系统工程师将更容易进行设计。

此外，还有一点是必不可少的，你需要告诉卖家你住在哪个国家，因为卖家需要提前准备好所需的证书。

在本文的最后，如果您还有一些问题，请随时联系我们询问。