鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)有哪些？它跟燃料電池有哪些不同之處？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-01 08:40
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鋰電池
鋰電池主要是指在電極材料中使用了鋰元素作為主要活性物質(zhì)的一類電池，主要包括鋰金屬電池和鋰離子電池兩大類。本文中講的鋰電池主要為鋰離子電池。
鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，是可以充放電的電池。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)主要包括正極、隔膜、負極、電解液和電池外殼。
正極：一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料（俗稱三元），純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。
隔膜：為一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
負極：一般為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳。
電解液：是電池中離子傳輸?shù)妮d體，一般由鋰鹽和有機溶劑組成，主要作用是在鋰電池正、負極之間傳導鋰離子。
燃料電池
燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，又稱電化學發(fā)電器。
它是按電化學原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能,因而實際過程是氧化還原反應。
燃料電池主要由三部分組成，電極、電解質(zhì)和外部電路。
燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應與氧化劑發(fā)生還原反應的電化學反應場所，主要包括陽極和陰極，厚度一般為200－500mm，其結(jié)構(gòu)與一般電池的平板電極不同為多孔結(jié)構(gòu)，目的是提高燃料電池的實際工作電流密度。
電解質(zhì)起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導致電池內(nèi)短路,電解質(zhì)通常為致密結(jié)構(gòu)。
外部電路一般有雙極板構(gòu)成，雙極板具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導反應氣體等作用，其性能主要取決于其材料特性、流場設(shè)計及其加工技術(shù)。
兩種電池的全方位對比
同為新能源電池，鋰電池輸入/輸出電能，實際上是先將輸入的電能儲備起來，待到用時再通過輸出的裝置輸出電能。
燃料電池其實相當于傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機。內(nèi)燃機燒油，只是能量轉(zhuǎn)化裝置，不是儲能裝置；燃料電池燒氫氣，也是能量轉(zhuǎn)化裝置，不是儲能裝置。
而鋰電池是儲能裝置，所以嚴格來說，燃料電池不是電池，是發(fā)動機。
因此，燃料電池是發(fā)電裝置，而鋰電池是儲能裝置。下表為兩種動力電池的綜合對比，對比因素包括綜合性能方面、成本、政策支持、資源約束性、環(huán)境保護、商業(yè)化程度。
燃料電池與鋰電池全方位對比
能量密度
能量密度（Energydensity）是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小。電池的能量密度是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。
電池的能量密度又分為單體電芯的能量密度和電池系統(tǒng)的能量密度，電池系統(tǒng)的能量密度低于單體電芯。
鋰電池系統(tǒng)屬于封閉系統(tǒng)，由于受制于鋰元素特性，已目前在鋰電池中能量密度最高的三元鋰電池為例，其單體能量密度也僅為1.08MJ/kg（電池包系統(tǒng)衰減20%）。
未來如果要提升鋰電池的能量密度，需依靠全固態(tài)電池技術(shù)的突破，但其能量密度上限也不高。
燃料電池系統(tǒng)屬于開放性系統(tǒng)，其能量密度實質(zhì)上取決于儲氫量，氫氣本身的能量密度為143MJ/Kg，而且目前燃料電池系統(tǒng)能量密度超過350wh/kg，未來隨著儲氫技術(shù)的進步，能量密度提升仍有非常大的空間。
安全性
無論搭載鋰電池的純電動車還是搭載燃料電池的汽車，只要是汽車那么安全性就是最重要的指標。
鋰電池作為封閉的能量體系，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，如果單純追求高能量密度，那么整個鋰電池系統(tǒng)就相當于炸彈。
可靠性
電池的可靠性指的是電池發(fā)生事故導致其喪失電能存儲能力的概率。
鋰電池的可靠性與其安全性問題有很大的關(guān)聯(lián)，但是卻不是一個概念。鋰電池發(fā)生安全性事故，必然將導致其喪失電能存儲能力。
但鋰電喪失電能存儲能力并不都是發(fā)生安全性事故而導致，比如由于容量“跳水”導致的電池失效。
鋰電池系統(tǒng)是由成百上千個單體電芯通過串并聯(lián)組裝在一起的，因此整個電池系統(tǒng)的不可靠性將被急劇放大。
