锂电池技术介绍
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工作温度（℃） 低温性能 高温性能 成本 安全性
90-140 3.2
＞2000 -20～60
中 优 较低 安全性最佳
140-200 3.6～3.7 1000-2000 -20～55
优 中 高 较好
NCA
80-220 3.6
＞1000 -20～55
优 中 高 较好
LMO
110-150 3.7
＞1000 -20～55
2 电池分类及对比
根据电芯正极材料的不同分为:磷酸铁锂LFP、镍钴锰酸锂NCM、镍钴铝酸锂 NCA、锰酸锂LMO等
材料微观结构
LFP
LCO NCM NCA
结构决定了锂离子迁移的难易程度
LMO
2 电池分类及对比
正极材料对比
正极材料
LFP
NCM
能量密度（Wh/kg） 单体电压平台（V） 循环寿命（80%DOD）
如何避免？
1.金属氧化物(Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等) 修饰三元材料表面，抑制金属离子的溶解； 2.控制Ni的含量在合理的范围(811当然比 622更不稳定)；
2电池分类及对比
铁锂材料
磷酸铁锂LiFePO4，简称LFP，其物理结构为橄榄石结构，原材料不含贵重 金属资源丰富，价格相对较低，平台期好，安全性好，循环性能好。电压平 台偏低，且振实密度低（1.3-1.5），低温性能差。 但该材料本身的共价键结构，使得电导率偏低，限制了高倍率的性能，常通 过包覆及掺杂来解决。
Mn4+；Mn2+溶解于电解液（HF）中而造成Mn 的流失，且产生结构破坏，反应生成的
优 差 可接受 安全性可接受
负极材料 可分为碳材料和非碳材料。
碳材料分为人造石墨、天然石墨、硬碳、石墨烯等； 非碳材料锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料
2电池分类及对比 三元材料
LiNi1-x-yCoxMnyO2，常见的配比有111,523,622,811。
3+Co：稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和倍率性能 2+Ni：可提高材料的能量密度，而由于Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与 Li发生位错现象导致锂镍混排，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致电化学性能变差 4+Mn：降低材料成本，提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现 尖晶石相而破坏层状结构, 使容量降低，循环衰减加快。
1 电池原理概述
电芯评价
电性能：容量、倍率、高低温充放电、内阻、功率、一致性等 可靠性：电可靠性（过放、过充、短路）、机械可靠性（跌落、挤压、 针刺、加热）、环境可靠性（温度循环、海水浸泡、低气压） 稳定性：循环和存储
2 电池分类及对比
按电芯的用途性能不同分为：能量型（高容量）和功率型（大于10C）； 功率型锂电池多用于混合动力汽车，能量型锂电池多用于纯电动汽车。
寿命
偏低
高
高
2 电池分类及对比
循环寿命对比：
1、18650循环过程中材料体积膨胀可容性较小； 2、18650正极有排气孔，在充放电过程中电解液有挥发，方形封闭，无 挥发，方形电池相对电解液较多，容量衰减相对就慢； 3、18650散热性能比方形电池差些，高温循环相对就差； 4、模组的排布方式，18650电芯内部浪涌电流影响。
1 电池原理概述
正极组分 活性物质 导电剂 粘合剂 添加剂 集流体
负极组分 活性物质 导电剂 增稠剂 粘合剂 集流体
材料 三元NCM 乙炔黑 聚偏氟乙烯PVDF MCM-11,-41等 铝箔
材料 人造石墨 乙炔黑、石墨烯 羟甲基纤维素钠CMC 丁苯橡胶乳液SBR 铜箔
比例 93.5-96.5% 1.5-3% 2-2.5% 1-2% /
锂电池技术介绍
目录
1. 电池原理概述 2. 电池分类及对比 3. 电池工艺概述 4. 电池安全概述 5. 电池发展规划
1 电池原理概述
典型动力电池系统的主要构成
1 电池原理概述
锂离子电池组成及工作原理
电池主要有以下四部分组成 正极：锂金属氧合物活性物质、导电剂乙炔黑、溶剂NMP、粘合剂PVDF、阻燃剂 等添加剂、集流体Al箔 负极：石墨、Si、Sn等活性物质、粘合剂SBR 、增稠剂CMC 、溶剂NMP、导电剂 如石墨烯碳纳米管等添加剂、集流体Cu箔 电解液：聚合物电解质或者液体电解质LiPF6+DMC\EC\EMC 隔膜：多孔聚丙烯膜PP、聚乙烯膜PE
2电池分类及对比
锰酸锂材料
LiMn2O4尖晶石结构，LiMnO2层状结构。
Biblioteka Baidu
一方面，Jahn-Teller 效应，在放电过程中，尖晶石颗粒表面会形成Li2Mn2O4 (四方相)或 形成Mn 的平均化合价低于3.5 的缺陷尖晶石相，这会引起结构不稳定，造成容量的损失。
另一个方面在于循环过程中Mn 的溶解流失，由Mn3+很容易发生歧化反应，生成Mn2+和
比例 93.5-95% 1-3% 1-1.5% 2.1-2.5% /
1 电池原理概述
电池相关参数：容量、内阻、电压、倍率、循环寿命、充电、放电等。 电池容量分理论容量、实际容量和额定容量。 理论容量指对活性物质比能量计算的得出 实际容量指指定充放条件下的实际放出的容量 额定容量指在设计和制造电池时，规定电池在一定放电条件下应该放出的最低限度 的容量。实际容量总是低于理论容量 电池内阻分为欧姆内阻和电化学反应时的极化内阻。 欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各零部件的接触电阻组成。 极化内阻又包括电化学极化和浓差极化。 直流内阻DCR，交流内阻ACR 极化内阻≈≈DCR—ACR，即：ACR接近欧姆内阻
高Ni三元材料是未来高能量密度动力电池应用方向
2电池分类及对比
主要原因为： 1.高Ni的三元材料碱性增大，浆料吸水后极易造成果冻，制程及工艺实现困难 2.高Ni的三元存在Ni3+和Ni2+， Ni2+和Li混排错位几率增加，脱嵌困难； 3.高Ni三元材料本身的分解温度随Ni含量的增加而降低，材料稳定性变差；
按电芯的结构形状不同又分为：圆柱电芯、方形电芯及软包
电池结构
圆柱结构
方形结构
软包结构
工艺 比能量
生产工艺成熟，产品良率 高以及一致性较高
型号太多，工艺统一难
工艺复杂，电芯的一致性相对 较差
高
高
最高
机械性能
高
中
低
热性能
散热面积大，高
最高
高
空间利用
最高
中
高
性能
成本
低
高
中
配组
方便布置，BMS要求高 散热好，成组易设计 成组要求高，散热设计难
90-140 3.2
＞2000 -20～60
中 优 较低 安全性最佳
140-200 3.6～3.7 1000-2000 -20～55
优 中 高 较好
NCA
80-220 3.6
＞1000 -20～55
优 中 高 较好
LMO
110-150 3.7
＞1000 -20～55
2 电池分类及对比
根据电芯正极材料的不同分为:磷酸铁锂LFP、镍钴锰酸锂NCM、镍钴铝酸锂 NCA、锰酸锂LMO等
材料微观结构
LFP
LCO NCM NCA
结构决定了锂离子迁移的难易程度
LMO
2 电池分类及对比
正极材料对比
正极材料
LFP
NCM
能量密度（Wh/kg） 单体电压平台（V） 循环寿命（80%DOD）
如何避免？
1.金属氧化物(Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等) 修饰三元材料表面，抑制金属离子的溶解； 2.控制Ni的含量在合理的范围(811当然比 622更不稳定)；
2电池分类及对比
铁锂材料
磷酸铁锂LiFePO4，简称LFP，其物理结构为橄榄石结构，原材料不含贵重 金属资源丰富，价格相对较低，平台期好，安全性好，循环性能好。电压平 台偏低，且振实密度低（1.3-1.5），低温性能差。 但该材料本身的共价键结构，使得电导率偏低，限制了高倍率的性能，常通 过包覆及掺杂来解决。
Mn4+；Mn2+溶解于电解液（HF）中而造成Mn 的流失，且产生结构破坏，反应生成的
优 差 可接受 安全性可接受
负极材料 可分为碳材料和非碳材料。
碳材料分为人造石墨、天然石墨、硬碳、石墨烯等； 非碳材料锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料
2电池分类及对比 三元材料
LiNi1-x-yCoxMnyO2，常见的配比有111,523,622,811。
3+Co：稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和倍率性能 2+Ni：可提高材料的能量密度，而由于Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与 Li发生位错现象导致锂镍混排，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致电化学性能变差 4+Mn：降低材料成本，提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现 尖晶石相而破坏层状结构, 使容量降低，循环衰减加快。
1 电池原理概述
电芯评价
电性能：容量、倍率、高低温充放电、内阻、功率、一致性等 可靠性：电可靠性（过放、过充、短路）、机械可靠性（跌落、挤压、 针刺、加热）、环境可靠性（温度循环、海水浸泡、低气压） 稳定性：循环和存储
2 电池分类及对比
按电芯的用途性能不同分为：能量型（高容量）和功率型（大于10C）； 功率型锂电池多用于混合动力汽车，能量型锂电池多用于纯电动汽车。
寿命
偏低
高
高
2 电池分类及对比
循环寿命对比：
1、18650循环过程中材料体积膨胀可容性较小； 2、18650正极有排气孔，在充放电过程中电解液有挥发，方形封闭，无 挥发，方形电池相对电解液较多，容量衰减相对就慢； 3、18650散热性能比方形电池差些，高温循环相对就差； 4、模组的排布方式，18650电芯内部浪涌电流影响。
1 电池原理概述
正极组分 活性物质 导电剂 粘合剂 添加剂 集流体
负极组分 活性物质 导电剂 增稠剂 粘合剂 集流体
材料 三元NCM 乙炔黑 聚偏氟乙烯PVDF MCM-11,-41等 铝箔
材料 人造石墨 乙炔黑、石墨烯 羟甲基纤维素钠CMC 丁苯橡胶乳液SBR 铜箔
比例 93.5-96.5% 1.5-3% 2-2.5% 1-2% /
锂电池技术介绍
目录
1. 电池原理概述 2. 电池分类及对比 3. 电池工艺概述 4. 电池安全概述 5. 电池发展规划
1 电池原理概述
典型动力电池系统的主要构成
1 电池原理概述
锂离子电池组成及工作原理
电池主要有以下四部分组成 正极：锂金属氧合物活性物质、导电剂乙炔黑、溶剂NMP、粘合剂PVDF、阻燃剂 等添加剂、集流体Al箔 负极：石墨、Si、Sn等活性物质、粘合剂SBR 、增稠剂CMC 、溶剂NMP、导电剂 如石墨烯碳纳米管等添加剂、集流体Cu箔 电解液：聚合物电解质或者液体电解质LiPF6+DMC\EC\EMC 隔膜：多孔聚丙烯膜PP、聚乙烯膜PE
2电池分类及对比
锰酸锂材料
LiMn2O4尖晶石结构，LiMnO2层状结构。
Biblioteka Baidu
一方面，Jahn-Teller 效应，在放电过程中，尖晶石颗粒表面会形成Li2Mn2O4 (四方相)或 形成Mn 的平均化合价低于3.5 的缺陷尖晶石相，这会引起结构不稳定，造成容量的损失。
另一个方面在于循环过程中Mn 的溶解流失，由Mn3+很容易发生歧化反应，生成Mn2+和
比例 93.5-95% 1-3% 1-1.5% 2.1-2.5% /
1 电池原理概述
电池相关参数：容量、内阻、电压、倍率、循环寿命、充电、放电等。 电池容量分理论容量、实际容量和额定容量。 理论容量指对活性物质比能量计算的得出 实际容量指指定充放条件下的实际放出的容量 额定容量指在设计和制造电池时，规定电池在一定放电条件下应该放出的最低限度 的容量。实际容量总是低于理论容量 电池内阻分为欧姆内阻和电化学反应时的极化内阻。 欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各零部件的接触电阻组成。 极化内阻又包括电化学极化和浓差极化。 直流内阻DCR，交流内阻ACR 极化内阻≈≈DCR—ACR，即：ACR接近欧姆内阻
高Ni三元材料是未来高能量密度动力电池应用方向
2电池分类及对比
主要原因为： 1.高Ni的三元材料碱性增大，浆料吸水后极易造成果冻，制程及工艺实现困难 2.高Ni的三元存在Ni3+和Ni2+， Ni2+和Li混排错位几率增加，脱嵌困难； 3.高Ni三元材料本身的分解温度随Ni含量的增加而降低，材料稳定性变差；
按电芯的结构形状不同又分为：圆柱电芯、方形电芯及软包
电池结构
圆柱结构
方形结构
软包结构
工艺 比能量
生产工艺成熟，产品良率 高以及一致性较高
型号太多，工艺统一难
工艺复杂，电芯的一致性相对 较差
高
高
最高
机械性能
高
中
低
热性能
散热面积大，高
最高
高
空间利用
最高
中
高
性能
成本
低
高
中
配组
方便布置，BMS要求高 散热好，成组易设计 成组要求高，散热设计难