當(dāng)然現(xiàn)在大家說的鋰電池基本上指的都是鋰離子電池，因為說順口了，“離子”兩個字就被省略了。以前的紐扣電池、相機電池就是鋰一次電池，但現(xiàn)在用得很少了，好像也就鋰亞硫酰氯電池現(xiàn)在還有企業(yè)在生產(chǎn)。而我們所說的手機、筆記本電腦、相機等里面的“鋰電池”，實際上指的是鋰離子二次電池（Lithium-ion Secondary Battery）。

鋰離子電池所使用的電解質(zhì)分為幾大類，包括有機液態(tài)電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)和無機固態(tài)電解質(zhì)。最常見的也是唯一實現(xiàn)了大規(guī)模商用的就是有機液態(tài)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)是由溶劑與溶質(zhì)構(gòu)成的有機溶液，其中溶質(zhì)主要是六氟磷酸鋰LiPF6，溶劑則為各種碳酸酯，當(dāng)然出于實際應(yīng)用的需要還會添加一些必要的添加劑?？吹竭@里也許有人就該問了，既然電解質(zhì)是液態(tài)的，那如果在兩端施加壓力，正負(fù)極不就碰到一起短路了嗎？為了解決這個問題，在實際的鋰離子電池中，正負(fù)極之間有一層聚合物隔離膜，隔開了正負(fù)極，所以就不怕被壓了。當(dāng)然這個隔離膜是多孔，這樣電解質(zhì)中的溶劑分子才能夠自由的穿梭而過。現(xiàn)在很多廠商說他們生產(chǎn)的是所謂“聚合物鋰電池”，其實就是使用了這種聚合物隔離膜的鋰離子電池。據(jù)我所知，第一只商用鋰離子電池就使用了這種聚合物隔離膜，所以這并不是個新鮮玩意，所謂的“聚合物鋰電池”其實是個噱頭而已。那什么才是真正的聚合物鋰離子電池呢？按我的理解，應(yīng)該是使用了聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池。有機液態(tài)電解質(zhì)雖然好，但是它最大的一個缺點就是不安全。近些年來所報道的各種鋰離子電池燃燒、爆炸事故，多半都跟這個易燃的有機物電解質(zhì)有關(guān)。所以研究人員就希望用更安全的電解質(zhì)來代替它，比如聚合物電解或無機固態(tài)電解質(zhì)。而遺憾的是，聚合物電解質(zhì)和無機電解質(zhì)雖然有人在研究，但一直都未實現(xiàn)商用化，因為有很多實際的問題還沒有解決。當(dāng)然現(xiàn)在有些廠商也開始嘗試部分的使用新型電解質(zhì)，但規(guī)模還不大，而且成本巨高，看來等我們真正的能用到聚合物或固態(tài)鋰離子電池還有一段時間。

 

二、為什么是鋰離子電池？

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為什么研究者選擇了鋰而不是其他金屬？嗯。。。理由也許有很多，但我認(rèn)為最重要的一點是：鋰離子它很“瘦”，說白了也就是它的離子半徑很小。學(xué)過元素周期表的都知道，第一周期都是氣體，不方便拿來做電池。第二周期中，金屬只有鋰和鈹，而鈹有毒，不方便使用。鋰呢？又輕又小，而且對環(huán)境還友好，不用它用誰？

你說同族的堿金屬元素？比如鈉吧，地球上鈉的豐度比鋰可高多了，海水里面就有大量的鈉存在，如果可以用鈉做電池不是成本更低嗎？我們學(xué)過化學(xué)的都知道，鈉離子比鋰離子多一個電子層，所以鈉離子要“胖”一點。別看就胖了這么一點，鈉離子的導(dǎo)體（一般是固態(tài)無機物）要在350℃下才能有效的傳輸鈉離子，你能想象用個手機或者筆記本電腦，先把電池加熱到350℃嗎？或者你要開車的時候，先把車子加熱到350℃？明顯不現(xiàn)實也不安全嘛。當(dāng)然不是說鈉離子不能做成電池，實際上就有鈉硫電池這種儲能電池，日本的一家公司就做出了世界上第一個商用鈉硫電池堆，當(dāng)然不是用來給手機充電的，而是用來儲存電能的。比如說，全天的用電情況是不同的，一般來說白天用電量高而晚上用電量低。而發(fā)電廠是24小時連續(xù)發(fā)電運作的，這樣晚上發(fā)的電如果多余了不就白白浪費了嗎？所以人們希望在用電低峰的時段把多余的電存起來，等到用電高峰時段再放出去，這樣一來節(jié)約了能源，二來也緩解了用電高峰時段的緊張。鈉硫電池等高溫大型電堆就是在這種地方有它的用武之地。

再講一個大家可能感興趣的問題，就是現(xiàn)在炒得很火的新能源車，主要是指電動汽車。這幾年電動汽車非常火爆，因為環(huán)保、節(jié)能，很多國家都在極力的推這種新型的交通工具。而據(jù)我所知，現(xiàn)在電動汽車中所使用的電池組，大多是鋰離子電池。為什么又是鋰離子電池呢？這里涉及到一個能量密度的問題，所謂能量密度，就是指在單位重量或單位體積下能夠儲存的能量，一般以Wh/kg或Wh/l為單位。就是現(xiàn)有的各種電池的能量密度對比。鋰離子電池現(xiàn)在的“對手”主要是鎳氫電池與鉛酸電池，因為這三種電池都實現(xiàn)了商業(yè)化，而鋰離子電池的能量密度是最高的。鈉硫電池為什么不能用上面已經(jīng)說了，而燃料電池也是基于同一原因（需要高溫）而不能使用在車上。鋅-空氣、鋰-空氣電池和鋰-硫電池還處于研究階段，大學(xué)和科研機構(gòu)做相關(guān)研究得很多，但很少用來做實際生產(chǎn)的，所以還有很長的路要走。希望我們能夠更早的用上這些能量密度更高的電池，到時候也許我們的手機就不用一天一充了，筆記本電腦也可以不插電連續(xù)用上一天了，而高能電池驅(qū)動的電動車也讓我們的通行成本更低、環(huán)境更美好。

 

 

 

純電動汽車使用的大多是鋰離子電池?；旌蟿恿σ驗閷﹄姵匦阅芤笙鄬^低，所以為節(jié)約成本，所以有廠家使用技術(shù)相對較成熟的鎳氫電池。鉛酸電池在車上用作動力電池的就很少見了。

 

三、解剖鋰離子電池

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首先在這里我想說的是，在沒有專業(yè)工具與相對安全的實驗環(huán)境下，最好不要輕易拆卸鋰離子電池，請自重！

在圖2中我們看到的只是一個抽象的鋰離子電池的原理模型，而實際我們所使用的鋰離子電池是怎樣的呢？許多沒在鋰離子電池工廠工作的過的人也許都不清楚鋰離子電池內(nèi)部到底長啥樣，今天我就來給大家揭秘這個“神秘”的鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

首先我們拿到一個鋰離子電池，從外觀上來說大致可分為以下三類：硬殼電池、軟包電池和圓柱型電池。硬殼電池指的是外包裝殼為硬質(zhì)材料，一般有鋼殼、鋁殼和塑（料）殼三種，如圖5中所示。這種電池的優(yōu)點就是外殼堅硬，不易破損，缺點是有可能發(fā)生爆炸。所以硬殼電池，尤其是容量大的硬殼電池都配有一個減壓閥，當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到一定的時候會自動爆開減壓，以防止電池爆炸。一些品牌的手機電池主要是硬殼電池，具體來說是鋁殼電池，我們看到的手機電池是在鋁殼外面加了一層包裝膜和一個電路保護板，工業(yè)上叫“派克”Pack。

而軟包電池顧名思義就是外包裝為軟質(zhì)的鋁塑包裝膜等材料的電池（圖6），這種電池的優(yōu)點是適應(yīng)性強，理論上可以設(shè)計成任何形狀（不過一般是長方體）。而且軟包電池在極端情況下只會燃燒而不會發(fā)生爆炸，安全性比硬殼電池好，它的缺點則是包裝易破損。

圓柱型電池主要指的是18650型鋰離子電池（圖7），其中18是指圓柱面直徑為18mm，而65是指圓柱高度為65mm，0指園柱形電池。這是一種標(biāo)準(zhǔn)電池，就像我們平常所說的5號、7號堿性電池一樣，而首推它的是鋰離子電池鼻祖—索尼公司。當(dāng)年索尼也想像干電池一樣，為鋰離子電池定幾個標(biāo)準(zhǔn)型，來同一全世界的標(biāo)準(zhǔn)。但由于客戶需求的多樣性以及鋰離子電池可設(shè)計的靈活性，索尼所推的18650標(biāo)準(zhǔn)并沒有完全得到大家的認(rèn)同。你可以試想一下，如果鋰離子電池都是18650型的，那蘋果的iPad和iPhone怎么可能做得那么?。克袁F(xiàn)在越來越多的客戶需求是倒向了靈活設(shè)計的各種軟包電池。那么18650型電池主要用在哪里呢？就是我們的筆記本電腦。我們買電腦的時候，有一項參數(shù)就是電池是幾芯的，比如說4芯電池，那就是整個電池組內(nèi)含有4個18650單元，以此類推。

我們拿到一只軟包鋰離子電池，上面一般會有這個產(chǎn)品的編號噴碼，這里我就在網(wǎng)上隨便找一個圖來做示范了（圖8）。這個噴碼的第一行一般是廠商名稱，比如這個就是“LARGE”。后面的數(shù)字，103450是電池的型號。在鋰離子電池行業(yè)中，電池型號的編制規(guī)則一般是電池的厚、寬、長寸，例如這個103450，就表示這個電池的厚寬長是10mm×34mm×50mm，這樣的定義非常簡單明了，幾乎所有的鋰離子電池廠都會按照這個規(guī)則來定型號。當(dāng)然有些廠商的編號里會出現(xiàn)英文，那是因為在100mm以上時，為了保持每個維度兩位數(shù)，令100mm為A，110mm為B，以此類推。例如某個電池型號為24B0C5，表示它的尺寸是2.4mm×110mm×125mm，注意厚度是靈活加小數(shù)點的，一般電池不可能達(dá)到24mm厚，所以這里表示的應(yīng)該是2.4mm。后面的1000mAh是指這個電池的標(biāo)稱放電容量，這個容量是指把電池滿充到制定的電壓，然后放電只到規(guī)定的截止電壓為止，所能放出的容量。鈷酸鋰型鋰離子電池一般的最高充電電壓為4.2V，有的廠商能做到4.3V甚至4.4V，錳酸鋰的要更高一些，而磷酸鐵鋰型電池最高充電電壓一般為3.6V（這也就是為什么磷酸鐵鋰電池的能量密度要相對低一些）；放電截止電壓一般為3.0V，磷酸鐵鋰型電池一般為2.0V。有人就說了，如果我要充到更高會怎么樣？首先，電極的結(jié)構(gòu)會發(fā)生不可逆改變，也就是說下一次這些發(fā)生改變的地方就用不了了，容量也就下降了。其次，電解液能承受的電壓范圍也是有限的，如果你充到電壓很高，電解液中的有機溶劑就會被氧化，生成各種氣體，使電池有破裂和爆炸的危險。相對應(yīng)的同樣的道理也不能放到更低的電壓。那么標(biāo)在后面的這個3.7V應(yīng)該怎么理解呢？從上面的解釋我們可以知道，鋰離子電池的放電并不是恒定的保持在某一個電壓，而是隨著放電深度的進(jìn)行而不斷的降低的。這個3.7V就是指放電區(qū)間的平均電壓，或者可以理解為電壓平臺。也有另一種計算方法，就是拿放電到截止后所放出的能量（單位Wh）除以容量（單位Ah），這樣就可以計算得出一個電壓，就是這個平均電壓3.7V