電池的玄妙與魔力，關于鋰電池的基礎解讀（上）

導讀：

電化學產業經歷了長足平妥的發展過程，大量的科研院所、企業機構潛心研究，在前進路途中不斷涉歷和試錯，同時也貢獻了卓著的研究成果。時序更替，在此前長達30年的時間里，鋰電池的基礎體系基本保持相對平穩的態勢。探索無限止、前進疾兼程，現今的電池技術仍然在漸進發展，未來仍為可期。

「太藍鋰匯」是太藍新能源開設的電池科普內容集匯欄目，通過知識科普觸及鋰電池技術動態和相關市場領域。深耕于先進固態鋰電產業研發，太藍力量正當時，并且將不斷發榮滋長。

電是現代文明的血液，電能的利用是人類進入現代社會的標志。電池作為一種能量轉化與儲存的裝置，它通過反應將化學能轉化為電能。電流無形，帶來的現實力量卻在轉化成有型的科技力量，深藏著推動社會發展與技術革新的玄妙與魔力。

二次鋰離子電池是一類采用石墨或其他碳材料作為負極，以含鋰的過渡金屬化合物作正極的可充電電池，通常簡稱為鋰電池。

一、鋰電池的發展

1979年，古迪納夫發表了第一篇鈷酸鋰鋰離子電池方面的專利。

1985年，吉野彰首次制作了第一個現代意義上的二次鋰離子電池。

1991年，索尼公司開始大規模生產商用鋰離子電池。

1998年，方型鋰離子電池大量投放市場，占據了市場較大份額。

1999年，中國鋰離子電池開始大批量生產。

二、鋰電池的分類

1.按外形和封裝分類

1）圓柱鋰電池

圓柱鋰離子電池，其型號命名一般為5位數字，前兩位數字為電池的直徑，中間兩位數字為電池的高度，最后一位數字0代表圓柱形，單位為毫米。

較常見的圓柱鋰電池型號有：18650、16500、21700、26650、46800等。

圓柱鋰電池通常應用于消費類電子產品、電動工具、兩輪電動車、儲能產品、電動汽車等。

2）方型鋰電池

方型鋰電池通常是指鋁殼方型鋰電池，廣泛應用于消費類電子產品、電動汽車、儲能產品、勘探測繪、醫療設備、便攜式檢測設備等。

3）軟包電池

軟包電池通常指外殼為鋁塑復合膜封裝的鋰電池。由于其質量輕，開模成本較低，安全性高等優點，其市場份額逐步在擴大。

4）異形電池

指的是外形不規則的鋰電池，通常用于一些有特殊要求的電子產品，如藍牙耳機、穿戴式設備、超薄手機等。

2.按正極材料分類

鋰離子電池所用正極材料目前主要有以下幾種類型：

鈷酸鋰

磷酸亞鐵鋰

鎳鈷錳

鎳鈷鋁

錳酸鋰

鋰離子電池正極材料特性對比

1）液態鋰離子電池3.按電解質分類

液態鋰離子電池使用的是液體電解質，電解質為有機溶劑+鋰鹽。

2）聚合物鋰離子電池

聚合物鋰離子電池使用凝膠態的聚合物為電解質,這種聚合物可以是“干態”的,也可以是“膠態”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質。聚合物的基體主要為HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等。

3）固態鋰離子電池

固態鋰電池是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態、不含任何液態組份的鋰電池，所以全稱是“全固態電解質鋰電池”。

三、鋰電池的應用領域

1.消費品領域

主要應用在數碼產品、手機、移動電源、筆記本等消費電子設備中。常用的有18650鋰電池、聚合物鋰電池。

2.工業領域

主要應用在醫療電子、電動工具、無人機、商用機器人、電動汽車、光伏儲能、鐵路基建、安防通訊、勘探測繪等領域。常用的有方型鋰電池、聚合物鋰電池、圓柱鋰電池等。

3.特種領域

主要應用在航空航天、艦艇船舶、衛星導航、高能物理等領域。常用的有超低溫鋰電池，高溫鋰電池，鈦酸鋰電池，防爆鋰電池等。

四、鋰電池參數

1.電壓

標稱電壓

鋰電池正負極之間的電勢差稱為鋰電池的標稱電壓。標稱電壓由電極材料的電極電位和內部電解液的濃度決定。

開路電壓

鋰電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。鋰電池的開路電壓等于鋰電池的正極的電極電勢與負極電極電勢之差。

工作電壓

工作電壓指鋰電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在鋰電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。

2.容量

鋰電池在一定放電條件下所能放出的電量稱為鋰電池的容量，常用的單位為安培小時，簡稱安時（Ah）或毫安時（mAh）。

鋰電池的容量受其所用正極材料、電池的溫度、放電倍率、電壓等影響。

3.內阻

鋰電池的內阻是指電流通過鋰電池內部時所受到的阻力，內阻會影響鋰電池的電壓。

4.循環壽命

鋰電池的循環壽命一般用使用次數表示，一次循環表示鋰電池的一個完全充放電周期（即鋰電池電量由空充電到滿，再由滿放電到空）。

注：相比于鉛酸電池，鋰電池的循環特性較好，一般500次循環以后還可以保持80%左右的容量。

5.放電倍率

放電倍率是指鋰電池放電時電流的大小，一般用C表示，用公式表示為：

放電倍率=放電電流/額定容量

注：由于鋰電池用的是有機溶劑電解液，電導率一般只有鉛酸或堿性電池電解液的幾百分之一。因此，鋰離子電池在大電流放電時，來不及從電解液中補充Li+,會發生電壓下降。

6.工作溫度

鋰電池的工作溫度指鋰電池能夠保持正常充放電工作的情況下所能適應的環境和電池本身的溫度。

鋰電池在低溫時，放電平臺有一定的降低。高溫度時，會影響電池的循環性能，且會使電池有微量膨脹。因此，電池一般推薦在0-40℃范圍內工作。

五、鋰電池與鉛酸電池、鎳氫電池

六、鋰電池PACK

鋰電池PACK主要指加工組裝后的鋰電池，主要是將電芯、外殼、保護板等通過電池PACK工藝組合加工成客戶需要的產品。

七、鋰電池安全測試

依據不同應用場景、不同規格，鋰電池需要符合不同等級或不同國家的質量和安全標準，例如：UL1642、IEC62133、UN38.3等，一些常見的安全測試項目有：

1.外短路試驗

2.非正常充電測試

3.強制過充測試

4.強制放電測試

5.受限制電壓測試

6.擠壓測試（Crush Test）

7.振動測試（Vibration Test）

8.鑄造壓力釋放測試

9.燃燒或噴射測試

10.高溫測試

11.低氣壓測試

八、鋰電池運輸

鋰電池運輸方式包括空運、水運、陸運，最為常用的是航空運輸、海洋運輸。

鋰是一種特別容易發生化學反應的金屬，鋰電池包裝和運輸如果處理不當，易發生燃燒和爆炸。

鋰電池的包裝要求：

1. 必須依據適用的包裝說明指導裝在DGR 危險品規則所規定的UN規格包裝，并在包裝上完整的顯示對應編號。

2. 必須貼9類危險性標簽。

3. 必須填寫危險品申報單，提供相應的危包證。

鋰電池的運輸要求：

1. 電池須通過UN 38.3測試, 及不同高度的跌落包裝試驗。

2. 提供的危險品申報文件, 標注UN編號。

3. 電池應被保護以防止短路，在同一包裝內須預防與可引發短路的導電物質接觸。

4. 避免搬運過程受到強烈振動,托盤的各垂直和水平邊使用護角保護。

九、如何正確使用鋰電池

鋰電池儲存——鋰電池的存放條件最關鍵的是溫度和濕度，建議在溫度25℃的環境下保存，注意防潮防濕，定期補電，不要擠壓、碰撞，不要放于火中或高溫環境，不要存放在有強靜電和強磁場的地方。

鋰電池充放電——不要過充，不要使用劣質充電器，切勿盲目使用非原廠充電器，不要在高溫高濕環境下充放電。