锂电池知识介绍

锂离子电池

由于能量密度高，锂离子电池成为小家电电源的最佳选择。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，以便拥有更长的运行时间。

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。

并且它具有较低的自放电率。也就是说，锂离子电池在存放一段时间后，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。铅酸电池的完整充放电循环寿命约为300-500次，而锂离子电池可以达到数千次。

一.锂离子电池分类

根据外观的不同，市面上常见的电芯有柱状、方形、软包三种。

柱状细胞。

优点是使用的金属外壳是钢壳或镀镍钢壳和铝壳。这些金属外壳需要很高的能量才能被破坏，而金属外壳可以为外壳中的线圈铁芯提供“挤压压力”，保证结构稳定性。因此，目前市场上有很多柱状电池供应商和生产设备。

然而，小圆柱电池的缺点是体积小，盖难以密封。除了激光焊接技术外，还有一些锂离子电池制造商采用压接技术对电芯进行密封，这很容易导致安全问题。

而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电池具有更高的产热率。

方形细胞。

方形电池通常采用不锈钢、塑料或铝材封装，广泛应用于电动汽车领域。大方形电池的优势在于连接点少，功率更高。更少的连接点也意味着更低的电池故障风险。

软包电池。

软包电芯可加工成各种形状，适用于多种组装系统。最大的缺点是安全性差。

另外，在组件中应用软包时，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芯中都相同。如果压力不一致，会限制电芯内的锂离子运动，导致电芯阻抗增加，电芯寿命缩短，甚至形成锂枝晶，导致安全失效。

另外，软包电芯采用聚合物封装，在电芯组装过程中比较容易损坏，操作时要小心。

2.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，价格会根据情况而有所不同。

(2) 外壳尺寸和电池组重量。

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

(3) 循环寿命。

当然，循环寿命更长的锂离子电池价格也会更高。

(4)原材料。

磷酸锂离子电池和三元锂离子电池是有区别的，磷酸铁锂原料资源丰富，价格相对较低，而三元材料价格稍贵。

3.锂离子电池优势

在前面关于电池类别的部分，我已经对锂离子电池的优势做了一些介绍。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，客户也倾向于选择更小的电池来使用。

*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，让您在预算范围内拥有高性价比的电池产品。

*低自放电率。

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

*良好的安全性能

为了保持良好的安全性能，锂离子电池已经投入了许多安全措施，例如在电池上安装了排气值。如果电池出现问题，会导致内部产生的气体达到高压，这与正常状态不同，阀门会打开以确保安全。

*低维护。

由于锂离子电池没有记忆效应，不需要定期放电，可以节省维护成本。

(2)外部优势。

此外，政府的政策支持是另一个重要优势。

由于锂离子电池本身的优势，很多国家都出台了锂离子电池的相关政策来支持其发展，比如在限制燃油汽车的同时鼓励使用锂离子电池的新能源汽车，并给予一定的补贴。根据不同的标准。

4.锂离子电池的类别

根据正极所用材料的不同，常见的锂离子电池有磷酸锂离子电池和三元锂离子电池。

锂离子磷酸盐电池。

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

另一个重要原因是磷酸铁锂电池被认为是“安全”的电池，但这样的说法并不准确。因为所有的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，磷酸锂电池对过充、高温等一些有限条件的耐受性还是比较好的。

但是磷酸锂电池的能量密度比三元锂电池低，导致体积较大，所以一直被用在一些大件物品或卡车、公共汽车等交通工具上。

三元锂离子电池。

三元材料是指镍、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。三元锂离子电池以其大的放电容量和良好的循环性能，凭借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。

5.锂离子电池的应用

锂离子电池已经开始在我们的生活中得到广泛的应用。我们要追根溯源，锂离子电池可以追溯到19世纪 初。

1881 年，Jöns Jakob Berzelius 在矿物中发现锂并命名。但第一个商用锂离子电池诞生于 1991 年。从那时起，锂离子电池逐渐应用于许多不同的领域：

（1）移动电源。

当然首先是在移动电源方面，像笔记本电脑、手机、游戏机等等。在这些应用中，只需要少量的单元。

如今，锂离子电池在移动电源领域有着广泛的应用。在这里，我们可以看到锂离子电池是如何工作的。

（2）个人交通工具。

主要有电动滑板车和电动助力车，还有轻型电动车。

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。

大多数电动助力车使用铅酸电池，但现在也有镍氢电池和锂离子电池，可以减轻电池重量。后一种电池具有高能量密度，这意味着它们可以骑行更远的距离。锂离子电池在摩托车上的使用主要是由于对高能量和高功率的需求，也限制了它的尺寸。

还有轻型电动汽车现在越来越多地使用锂离子电池。

（3）公共交通工具。

电动化技术在公共交通中的应用可以有效降低油耗，促进锂离子电池的发展。此外，随着城市人口的增加，私家车的保有量逐年增加，城市拥堵和环境污染问题也越来越严重。

一般来说，使用哪种锂离子电池取决于公交车的行程和需求。如果电池能够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。

（4）工业应用。

电池和储能在工业中得到广泛应用。例如，机场的叉车等交通工具、高尔夫球车、行李搬运车和地勤车辆都配备了锂离子电池。

（5）电网应用。

固定储能装置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，发电机通常用于发电。当发电机停止工作时，需要蓄电池继续供电，以维持不间断供电。锂离子电池在这些领域有很好的应用。

（6）空间应用。

20世纪初，卫星和空间电池系统普遍采用镍氢和镍镉电池；锂离子电池在 20 世纪后期被引入太空领域。

在太空领域，引入锂离子电池的直接原因是其高能量密度。在这些区域中，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，98%以上的政府、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。

6.锂离子电池的约束和限制

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。对于锂离子电池来说，在制造和使用过程中都隐藏着潜在的风险。

在制造过程中，电极制造、电池组装等过程都会对电池安全产生影响。例如，正负极混合、涂布、滚压、切割或冲孔、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，应尽量减少过充或过放，尤其是单体容量较高的电池。由于热扰动可能会引起一系列放热副作用，从而导致安全问题。

因此，锂离子电池在生产出来后，还需要进行一系列的测试，以确保安全，降低潜在风险，然后才能进入市场。包括挤压试验、冲击试验、过充试验、短路试验和针刺试验。

不仅如此，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、热熔熔断器、串联正温度系数元件、使用热封隔膜、加载特殊保护电路、特殊电池管理系统等。 ..

铅酸电池在废旧电池的回收技术和产业方面已经相当成熟，但锂离子电池的再生还处于初级阶段。并且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芯进行二次利用。此外，随着锂离子电池价格的下降，锂离子电池的回收利用也没有足够的经济价值。

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

锂离子电池刚刚开始大量使用，仍处于生命周期的早期阶段，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利用，这促使部分厂商为电池回收建设基础设施，可为未来锂离子电池提供回收经验。

7.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量。在低温条件下，电池内部的化学反应速度变慢，因此电池中储存的能量大大降低。

不要将电池存放在车库、仓库或棚屋中。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。

不要将电池直接放在混凝土地板上。如果地板太冷，电池温度和容量都会降低。因此，应将电池支撑在远离地面的位置，以保持其良好状态。

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

(2) 维护。

从长远来看，电池维护对于可再生能源系统非常重要。适当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营成本和电价。

(3) 通风。

充电时，电池可能会释放氢气，因此电池箱和存放处应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。

请将电池远离儿童，以免儿童接触电池，造成触电或酸灼伤。

(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。深度放电会降低电池的预期寿命。

深度放电后，应尽快给电池充电。为延长电池寿命，不宜长时间处于低电量状态。减少深度放电的一种方法是节能和提高电源效率。例如，在不使用时关闭电灯或电气设备以节省能源。

8.定制

当然，如果您有特殊要求，您可以要求定制。

在定制之初，设计师最重要的是与您讨论详细要求。

当您想要定制时，您需要提前考虑外壳尺寸、电池容量、电压、特殊充放电率等。

对于设计人员而言，与客户沟通的目的是为了更好地了解电池设计所需的信息。经过沟通，可能会发现所需的电压范围比原先提出的要宽，或者系统可以进一步优化以满足客户的特殊需求。

电池设计人员需要了解您想要达到的充放电周期和充放电频率的要求。也许它每年或每天使用几次。基于这些案例，满足循环要求的储能系统就完全不同了。

设计师设计电池最重要的是确保他们对客户的实际需求有完整的了解。但是，有些客户不会详细列出他们的需求。在这种情况下，设计师会与您保持密切联系，尽可能多地提出问题并进行协商，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，设计的续驶里程以及如何循环寿命长。一旦这些信息清楚，电池系统工程师的设计就会容易得多。

更重要的是，还有一个不可缺少的一点是你需要告诉你的卖家你住在哪个国家，因为卖家需要提前准备好所需的证明。