軟包鋰電池和硬包鋰電池它們的不同之處在哪兒？兩者的工作原理相同嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-15 09:15
點擊量：次
鋰電池簡介
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時，M.S.WhitTIngham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)
鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，電池的主要構(gòu)成為正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼。
正極---采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達(dá)鋰離子電池陰極。
負(fù)極----材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物。
電解質(zhì)---采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
隔膜---采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。
外殼---采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。
當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時正極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
2.jpg
同樣道理，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。此時負(fù)極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
3.jpg
不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。
軟包鋰電池介紹
軟包鋰電池只是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼。在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會鼓氣裂開。國內(nèi)鋰電池三元材料專利技術(shù)布局現(xiàn)狀究竟如何？
核心專利要“彎道超車”
有專業(yè)人士對三元材料領(lǐng)域的國內(nèi)外專利情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明：首先，國內(nèi)三元材料發(fā)展起步晚，基礎(chǔ)和核心專利欠缺，與日韓企業(yè)、美國3M公司等還有較大差距。
比如，2005年11月15日，3M公司獲得關(guān)于NiCoMn三元材料授權(quán)的美國專利US6964828B2及其同族專利CN100403585C等，其主要限定了NiCoMn中Ni的含量，成為三元材料的基礎(chǔ)核心專利，至今制約著中國鋰電行業(yè)三元材料的發(fā)展。
其次，圍繞三元材料改性的專利主要為提高電化學(xué)性能，但安全性和成本問題沒有得到有效突破。與提高電化學(xué)性能發(fā)明專利的迅猛增長形成對比的是三元材料的安全性和降低成本等方面申請量增長較緩。這也說明，在研發(fā)投入明顯增加且電池安全性十分重要的情況下，三元材料的安全性和成本問題沒有得到有效的突破。
以國內(nèi)某研究所的發(fā)明專利“鈦溶膠包覆改性三元正極材料的制備方法”為例，該發(fā)明專利通過優(yōu)化包覆工藝對三元正極材料進(jìn)行改性，可有效改善材料的首次庫侖效率和放電比容量，但對材料的循環(huán)性能等其它方面沒有明顯改善。而且包覆工藝還要大量使用酒精，對工藝設(shè)備和車間條件（防爆車間）要求較高，酒精的回收利用還需要額外增加處理成本等。
基于上述分析，電池中國網(wǎng)認(rèn)為有兩點需要國內(nèi)正極材料企業(yè)重點關(guān)注：第一，國內(nèi)三元材料專利申請比較分散，尤其是龍頭企業(yè)涉足較少，整體研究氛圍不強，需要國內(nèi)企業(yè)重視正極材料的研發(fā)及知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)；第二，三元材料的安全性、成本問題等存在較大的發(fā)展空間。國外申請人的布局并不完善，國內(nèi)企業(yè)若能在這些方面加大研發(fā)投入，盡早掌握核心專利，才有可能實現(xiàn)在三元材料領(lǐng)域的“彎道超車”。
專利授權(quán)許可或是無奈之舉
業(yè)內(nèi)共識，國內(nèi)正極材料企業(yè)除了應(yīng)積極重視自主研發(fā)及知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)之外，企業(yè)之間的專利授權(quán)許可也是產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個選擇。電池中國網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，近期正極材料企業(yè)專利布局情況如下：
2018年1月和2017年11月，巴斯夫分別宣布授予瑞翔新材和北大先行有關(guān)美國阿貢國家實驗室鎳鈷錳（NCM）正極材料相關(guān)專利的分許可。授權(quán)后，兩家公司可在美國市場制造、使用、銷售、許諾銷售、分銷和進(jìn)口鎳鈷錳正極材料。
1月29日，陶氏化學(xué)公司與上海華誼（集團(tuán)）公司簽署技術(shù)許可協(xié)議，由陶氏非排他性地授權(quán)兩種鋰離子電池的正極材料核心技術(shù)：磷酸鋰鐵錳（LMFP）和鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）。
從上述授權(quán)許可信息來看，隨著國內(nèi)動力電池及三元材料企業(yè)加速進(jìn)入國際市場，國內(nèi)部分三元材料企業(yè)不得不加強專利布局，以獲得相關(guān)的營運自由度，配合電池客戶應(yīng)對國外嚴(yán)苛的資質(zhì)審定。
軟包鋰電池參數(shù)
標(biāo)稱電壓：3.7V
工作電壓：2.4~4.2V
標(biāo)稱容量：1250mAh
標(biāo)準(zhǔn)放電持續(xù)電流：0.2C
最大放電持續(xù)電流：0.5C
工作溫度：充電：0~45℃
放電：-20~60℃
產(chǎn)品尺寸：MAX9.5*35*52mm
成品內(nèi)阻：≤150mΩ
過放保護(hù)電壓2.5±0.05V
引線型號：國標(biāo)線UL1007/24#，線長55mm保護(hù)參數(shù)：過充保護(hù)電壓/每串4.325±0.025V
過流值：2~4A
軟包電池的優(yōu)點
1.安全性能好
軟包電池，而不像鋼殼鋁殼電芯那樣會發(fā)生爆炸。
2.重量輕
軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。
3.容量大
軟包電池較同等規(guī)格尺寸的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%。
4.內(nèi)阻小
軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，目前國產(chǎn)軟包電池芯的內(nèi)阻最小可做到35mΩ以下，極大的降低了電池的自耗電。
5.設(shè)計靈活
軟包電池的形狀可根據(jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號。
軟包電池的缺點
現(xiàn)有的軟包電池芯型號較少，無法滿足市場需求；
開發(fā)新的型號成本高。
鋰電池軟包和硬包的區(qū)別
鋰電池軟包和硬包的區(qū)別主要是指鋰電池外殼的材質(zhì)，如果外面有包裝的話，就不容易看出來，必須看到電池本體，鋼殼電池的重量上會比同體積的電池重點，但是鋁殼和軟包裝的就不容易區(qū)分，不過軟包裝電池會比鋁殼電池軟一點，用手掰很容易變形。
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時，M.S.WhitTIngham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)
鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，電池的主要構(gòu)成為正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼。
正極---采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達(dá)鋰離子電池陰極。
負(fù)極----材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物。
電解質(zhì)---采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
隔膜---采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。
外殼---采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。
當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時正極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
2.jpg
同樣道理，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。此時負(fù)極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：
3.jpg
不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。
軟包鋰電池介紹
軟包鋰電池只是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼。在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池最多只會鼓氣裂開。國內(nèi)鋰電池三元材料專利技術(shù)布局現(xiàn)狀究竟如何？
核心專利要“彎道超車”
有專業(yè)人士對三元材料領(lǐng)域的國內(nèi)外專利情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明：首先，國內(nèi)三元材料發(fā)展起步晚，基礎(chǔ)和核心專利欠缺，與日韓企業(yè)、美國3M公司等還有較大差距。
比如，2005年11月15日，3M公司獲得關(guān)于NiCoMn三元材料授權(quán)的美國專利US6964828B2及其同族專利CN100403585C等，其主要限定了NiCoMn中Ni的含量，成為三元材料的基礎(chǔ)核心專利，至今制約著中國鋰電行業(yè)三元材料的發(fā)展。
其次，圍繞三元材料改性的專利主要為提高電化學(xué)性能，但安全性和成本問題沒有得到有效突破。與提高電化學(xué)性能發(fā)明專利的迅猛增長形成對比的是三元材料的安全性和降低成本等方面申請量增長較緩。這也說明，在研發(fā)投入明顯增加且電池安全性十分重要的情況下，三元材料的安全性和成本問題沒有得到有效的突破。
以國內(nèi)某研究所的發(fā)明專利“鈦溶膠包覆改性三元正極材料的制備方法”為例，該發(fā)明專利通過優(yōu)化包覆工藝對三元正極材料進(jìn)行改性，可有效改善材料的首次庫侖效率和放電比容量，但對材料的循環(huán)性能等其它方面沒有明顯改善。而且包覆工藝還要大量使用酒精，對工藝設(shè)備和車間條件（防爆車間）要求較高，酒精的回收利用還需要額外增加處理成本等。
基于上述分析，電池中國網(wǎng)認(rèn)為有兩點需要國內(nèi)正極材料企業(yè)重點關(guān)注：第一，國內(nèi)三元材料專利申請比較分散，尤其是龍頭企業(yè)涉足較少，整體研究氛圍不強，需要國內(nèi)企業(yè)重視正極材料的研發(fā)及知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)；第二，三元材料的安全性、成本問題等存在較大的發(fā)展空間。國外申請人的布局并不完善，國內(nèi)企業(yè)若能在這些方面加大研發(fā)投入，盡早掌握核心專利，才有可能實現(xiàn)在三元材料領(lǐng)域的“彎道超車”。
專利授權(quán)許可或是無奈之舉
業(yè)內(nèi)共識，國內(nèi)正極材料企業(yè)除了應(yīng)積極重視自主研發(fā)及知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)之外，企業(yè)之間的專利授權(quán)許可也是產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個選擇。電池中國網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，近期正極材料企業(yè)專利布局情況如下：
2018年1月和2017年11月，巴斯夫分別宣布授予瑞翔新材和北大先行有關(guān)美國阿貢國家實驗室鎳鈷錳（NCM）正極材料相關(guān)專利的分許可。授權(quán)后，兩家公司可在美國市場制造、使用、銷售、許諾銷售、分銷和進(jìn)口鎳鈷錳正極材料。
1月29日，陶氏化學(xué)公司與上海華誼（集團(tuán)）公司簽署技術(shù)許可協(xié)議，由陶氏非排他性地授權(quán)兩種鋰離子電池的正極材料核心技術(shù)：磷酸鋰鐵錳（LMFP）和鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）。
從上述授權(quán)許可信息來看，隨著國內(nèi)動力電池及三元材料企業(yè)加速進(jìn)入國際市場，國內(nèi)部分三元材料企業(yè)不得不加強專利布局，以獲得相關(guān)的營運自由度，配合電池客戶應(yīng)對國外嚴(yán)苛的資質(zhì)審定。
軟包鋰電池參數(shù)
標(biāo)稱電壓：3.7V
工作電壓：2.4~4.2V
標(biāo)稱容量：1250mAh
標(biāo)準(zhǔn)放電持續(xù)電流：0.2C
最大放電持續(xù)電流：0.5C
工作溫度：充電：0~45℃
放電：-20~60℃
產(chǎn)品尺寸：MAX9.5*35*52mm
成品內(nèi)阻：≤150mΩ
過放保護(hù)電壓2.5±0.05V
引線型號：國標(biāo)線UL1007/24#，線長55mm保護(hù)參數(shù)：過充保護(hù)電壓/每串4.325±0.025V
過流值：2~4A
軟包電池的優(yōu)點
1.安全性能好
軟包電池，而不像鋼殼鋁殼電芯那樣會發(fā)生爆炸。
2.重量輕
軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。
3.容量大
軟包電池較同等規(guī)格尺寸的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%。
4.內(nèi)阻小
軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，目前國產(chǎn)軟包電池芯的內(nèi)阻最小可做到35mΩ以下，極大的降低了電池的自耗電。
5.設(shè)計靈活
軟包電池的形狀可根據(jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號。
軟包電池的缺點
現(xiàn)有的軟包電池芯型號較少，無法滿足市場需求；
開發(fā)新的型號成本高。
鋰電池軟包和硬包的區(qū)別
鋰電池軟包和硬包的區(qū)別主要是指鋰電池外殼的材質(zhì)，如果外面有包裝的話，就不容易看出來，必須看到電池本體，鋼殼電池的重量上會比同體積的電池重點，但是鋁殼和軟包裝的就不容易區(qū)分，不過軟包裝電池會比鋁殼電池軟一點，用手掰很容易變形。
