锂电池常见理论

一、锂电池与锂离子电池

锂电池的特点

1、具有更高的能量重量比、能量体积比；

2、电压高，单节锂电池电压为3.6V,等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压；

3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；

4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无

需放电；

5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次；

&可以快速充电。锂电池通常可以采用 0.5〜1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1〜2小时；

7、可以随意并联使用；

8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池；

锂离子电池具有以下优点：

1、电压高，单体电池的工作电压高达 3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍

2、比能量大，目前能达到的实际比能量为 100-125Wh/kg和240-300Wh/L （2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH ），未来随着技术发展，比能量可高达150Wh/kg和

400 Wh/L

3、循环寿命长，一般均可达到500次以上，甚至1000次以上.对于小电流放电的电器，电池的使用期限将倍增电器的竞争力.

4、安全性能好，无公害，无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为记忆效应”严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。

5、自放电小，室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于

Ni-Cd 的 25-30%, Ni、MH 的 30-35%。

6可快速充放电，1C充电是容量可以达到标称容量的 80%以上。

7、工作温度范围高，工作温度为-25~45 °，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°。

锂离子电池也存在着一定的缺点，如：

1、电池成本较高。主要表现在正极材料 LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难。

2、不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在 0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用。

3、需要保护线路控制。 A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在 4.1V-4.2V的恒压下充电；B、过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。摘要：综述了锂离子电池的发展趋势，简述了锂离子

电池的充放电机理理论研究状况，总结归纳了作为核心技术的锂电池正负电极材料的现有的制备理论和近来发展动态，评述了正极材料和负极材料的各种制备方法和发展前景，重点介绍了目前该领域的问题和改进发展情况。成本高。与其它

可充电池相比，锂电池价格较贵。

二、锂离子电池相关参数

1容量

这是大家比较关心的一个参数。智能手机早已普及，我们在使用智能手机的时候，最为担心的就是电量不足，需要频繁充电，有时还找不到地方充电。早期的功能机，正常使用情况下，满充的电池可以待机3~5天，一些产品甚至可以待机7天以上。可是到了智能机时代，待机时间就显得惨不忍睹了。这里面很重要的一个原因，就是手机的功耗越来越大，而电池的容量却没有同比例的增长。

容量的单位一般为“mAh毫安时）或“Ah”安时），在使用时又有额定容量和实际容量的区别。额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下（比较理想的温湿度环境），以某一特定的放电倍率（C-rate）放电到截止电压时，所能够提供的总的电量。实际容量一般都不等于额定容量，它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下，实际容量比额定容量偏小一些，有时甚至比额定容量小很多，比如北方的冬季，

如果在室外使用手机，电池容量会迅速下降。

2•能量密度

能量密度，指的是单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量，其

单位有两种：Wh/kg，Wh/L，分别代表重量比能量和体积比能量。这里的电量，是上面提到的容量（Ah）与工作电压（V）的积分。在应用的时候，能量密度这个指标比容量更具有指导性意义。

基于当前的锂离子电池技术，能够达到的能量密度水平大约在 100~200Wh/kg,这一数值还是比较低的，在许多场合都成为锂离子电池应用的瓶颈。这一问题同样出现在电动汽车领域，在体积和重量都受到严格限制的情况下，电池的能量密度决定了电动汽车的单次最大行驶里程，于是出现了里程焦虑症”这一特有的名词。如果要使得电动汽车的单次行驶里程达到 500公里（与传统燃油车相当），电池单体的能量密度必须达到 300Wh/kg以上。

锂离子电池能量密度的提升，是一个缓慢的过程，远低于集成电路产业的摩尔定律，这就造成了电子产品的性能提升与电池的能量密度提升之间存在一个剪刀差，并且随着时间不断扩大。

3.充放电倍率

这个指标会影响锂离子电池工作时的连续电流和峰值电流，其单位一般为

C（C-rate的简写），如1/10C，1/5C, 1C, 5C，10C等。举个例子来阐述倍率指标的具体含义，某电池的额定容量是10Ah，如果其额定充放电倍率是1C，那么就意味着这个型号的电池，可以以 10A的电流，进行反复的充放电，一直到充电或放电的截止电压。如果其最大放电倍率是 10C@10s,最大充电倍率5C@10s, 那么该电池可以以100A的电流进行持续10秒的放电，以50A的电流进行持续 10秒的充电。

充放电倍率对应的电流值乘以工作电压，就可以得出锂离子电池的连续功率和峰值功率指标。充放电倍率指标定义的越详细，对于使用时的指导意义越大。尤其是作为电动交通工具动力源的锂离子电池，需要规定不同温度条件下的连续

和脉冲倍率指标，以确保锂离子电池使用在合理的范围之内。

4.电压

锂离子电池的电压，有开路电压、工作电压、充电截止电压、放电截止电压等一些参数，本文不再分开一一论述，而是集中做个解释。

开路电压，顾名思义，就是电池外部不接任何负载或电源，测量电池正负极之间的电位差，此即为电池的开路电压。