詳細介紹鋰電池的優(yōu)勢及性能特點！
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-30 19:59
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鋰電池以其高比能量，長循環(huán)壽命，較寬的工作溫度范圍等特性引起了人們的極大興趣和關注，特別吸引人的是，每次循環(huán)電池的平均價格并不高，而且，還呈下降趨勢。下面較詳細地介紹一下鋰電池的優(yōu)勢及特點。
與其它高能二次電池(如Ni-Cd蓄電池，Ni-MH蓄電池等)相比，鋰離子電池在性能上具有顯著的優(yōu)越性，主要表現在以下幾方面。
(1) 工作電壓高以石墨或石油焦等炭質嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負極，會使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低，可使電壓損失減小到最低限度。同時，選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極，選擇適當的電解液體系(決定了鋰電池的電化學窗口)，可使鋰電池具有較高的工作電壓(-4V)，遠高于水溶液體系電池。
(2) 比容量大雖然以炭質材料代替金屬鋰會使材料質量比容量有所降低，但實際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環(huán)壽命，負極金屬鋰通常過量三倍以上，因此鋰電池中質量比容量實際的降低程度并不大，而且體積比容量幾乎沒有降低。
(3) 能量密度高較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比，二次鋰電池能量密度最高，且仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
(4) 安全性能好，循環(huán)壽命長用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結構發(fā)生變化，形成多孔枝晶，在升高溫度時，它與電解液發(fā)生劇烈的放熱反應，且枝晶能刺穿隔膜，造成內部短路，而鋰電池不存在此問題，是很安全的。為避免在電池中存在金屬鋰，充電時要控制電壓，為保險起見，鋰電池備有多重安全裝置。鋰電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結構改變(在插入和脫嵌過程中晶格會有一些膨脹和收縮)，且因為嵌鋰化合物比金屬鋰更穩(wěn)定，在充放電過程中不會形成鋰枝晶，從而明顯地改善了電池的安全性能，同時循環(huán)壽命也大大提高。鋰電池在1989年和1990年分別被美國運輸部危險品運輸處和IAIT(國際航空與運輸協(xié)會)排除在危險品之內。
(5) 自放電率小鋰電池采用非水電解液體系，嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學不穩(wěn)定。在首次充放電過程中因電解液的還原會在炭負極表面形成一層固體電解質中間相((S EI)膜，允許鋰離子通過但不允許電子通過，并使不同荷電態(tài)的電極電極活性物質處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此具有較低的自放電率。
(6) 清潔無污染鋰電池不含有鉛、福、汞等有毒物質，同時因為電池必須被很好地密封，在使用過程中極少有氣體放出，不對環(huán)境造成污染。生產制造過程中用于溶解粘結劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰電池大型生產企業(yè)，從1997年己經陸續(xù)開始了鋰電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環(huán)工作。另外，1996年Sony的鋰電池經鑒定符合IS014001國際環(huán)境標準[71O
(7) 電流效率高不同于以往任何一種水溶液體系二次電池，鋰電池在正常的充放電過程中不會產生氣體，電流效率接近100%，這一性質特別適合用作電力儲存和轉換的電池組。
首先鋰離子電池的能量密度十分的高，體積小，重量輕便度一塊鋰離子電池其中包含的電量卻十分的多，能夠滿足人們在一定時間內的用電需要。
沒有記憶效應是鋰離子電池的另一個優(yōu)點，這就使人們可以隨時為手機進行充電，而不必非要在電池電量放空之后進行充電，這就使電池的維護更加方便。充放電速度非常快也使鋰離子電池 充分應用于電子產品、軍工產品、航空產品等多個方面，應用領域十分廣泛。此外鋰離子電池還具有開路電壓高、輸出功率大、低自放電等明顯的優(yōu)點。
但是鋰離子電池也有自身的缺點，比如說鋰離子電池的衰老問題，他的衰老原因與其他電池有著明顯的不同，即與使用次數無關，而是隨著溫度的升高而衰老，所以在電流高，溫度高的電子產品中，鋰離子電池的壽命就會比較短。
鋰離子電池不能夠過度充電，即當電池電量充滿之后最多再停留半小時左右，否則充電時間過長會使電池功能發(fā)揮不良，影響電池的壽命。鋰離子電池不僅不耐受過充，也不耐受過放，過放電的時候，電極脫嵌過多鋰離子，會縮短電池的壽命。此外，由于出廠新產品不同等等原因，使鋰離子電池的回收也有一定的問題與困難。
1、水分
過多的水分會與正負極活性物質發(fā)生副反應、破壞其結構進而影響循環(huán)，同時水分過多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分難以除去的同時，痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。
2、正負極壓實
正負極壓實過高，雖然可以提高電芯的能量密度，但是也會一定程度上降低材料的循環(huán)性能，從理論來分析，壓實越大，相當于對材料的結構破壞越大，而材料的結構是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎;此外，正負極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量，而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎。
3、測試的客觀條件
測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內阻等外界因素，都會或多或少影響循環(huán)性能測試結果，另外，不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同，統(tǒng)一測試標準并且了解共性及重要材料的特性應該就足夠日常工作使用了。
4、負極過量
負極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外，對循環(huán)性能的影響也是一個考量，對于鈷酸鋰加石墨體系而言，負極石墨成為循環(huán)過程中的"短板"一方較為常見，若負極過量不充足，電芯可能在循環(huán)前并不析鋰，但是循環(huán)幾百次后正極結構變化甚微但是負極結構被破壞嚴重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰，造成容量過早下降。
5、涂布膜密度
單一變量的考慮膜密度對循環(huán)的影響幾乎是一個不可能的任務，膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數的差異，對同型號同容量同材料的電芯而言，降低膜密度相當于增加一層或多層卷繞或疊片層數，對應增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)，考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些，當然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制，活性物質中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負面影響，更多的層數意味著更多的箔材和隔膜，進而意味著更高的成本和更低的能量密度，所以，評估時也需要均衡考量。
6、材料種類
材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素，選擇了循環(huán)性能較差的材料，工藝再合理、制成再完善，電芯的循環(huán)也必然無法保證;選擇了較好的材料，即使后續(xù)制成有些許問題，循環(huán)性能也可能不會差的過于離譜，從材料角度來看，一個全電池的循環(huán)性能，是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中，較差的一者來決定的，材料的循環(huán)性能較差，一方面可能是在循環(huán)過程中晶體結構變化過快從而無法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰，一方面可能是由于活性物質與對應電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質與電解液過早發(fā)生副反應而使電解液過快消耗進而影響循環(huán)。在電芯設計時，若一極確認選用循環(huán)性能較差的材料，則另一極無需選擇循環(huán)性能較好的材料，浪費。
7、電解液量
電解液量不足對循環(huán)產生影響主要有三個原因，一是注液量不足，二是雖然注液量充足但是老化時間不夠或者正負極由于壓實過高等原因造成的浸液不充分，三是隨著循環(huán)電芯內部電解液被消耗完畢。第三點，正負極特別是負極與電解液的匹配性的微觀表現為致密且穩(wěn)定的SEI的形成，而右眼可見的表現，既為循環(huán)過程中電解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面無法有效阻止負極與電解液發(fā)生副反應從而消耗電解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位會隨著循環(huán)的進行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對于幾十次既跳水的電芯，若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經消耗完畢，則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。
(1) 工作電壓高以石墨或石油焦等炭質嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負極，會使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低，可使電壓損失減小到最低限度。同時，選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極，選擇適當的電解液體系(決定了鋰電池的電化學窗口)，可使鋰電池具有較高的工作電壓(-4V)，遠高于水溶液體系電池。
(2) 比容量大雖然以炭質材料代替金屬鋰會使材料質量比容量有所降低，但實際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環(huán)壽命，負極金屬鋰通常過量三倍以上，因此鋰電池中質量比容量實際的降低程度并不大，而且體積比容量幾乎沒有降低。
(3) 能量密度高較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比，二次鋰電池能量密度最高，且仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
(4) 安全性能好，循環(huán)壽命長用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結構發(fā)生變化，形成多孔枝晶，在升高溫度時，它與電解液發(fā)生劇烈的放熱反應，且枝晶能刺穿隔膜，造成內部短路，而鋰電池不存在此問題，是很安全的。為避免在電池中存在金屬鋰，充電時要控制電壓，為保險起見，鋰電池備有多重安全裝置。鋰電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結構改變(在插入和脫嵌過程中晶格會有一些膨脹和收縮)，且因為嵌鋰化合物比金屬鋰更穩(wěn)定，在充放電過程中不會形成鋰枝晶，從而明顯地改善了電池的安全性能，同時循環(huán)壽命也大大提高。鋰電池在1989年和1990年分別被美國運輸部危險品運輸處和IAIT(國際航空與運輸協(xié)會)排除在危險品之內。
(5) 自放電率小鋰電池采用非水電解液體系，嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學不穩(wěn)定。在首次充放電過程中因電解液的還原會在炭負極表面形成一層固體電解質中間相((S EI)膜，允許鋰離子通過但不允許電子通過，并使不同荷電態(tài)的電極電極活性物質處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此具有較低的自放電率。
(6) 清潔無污染鋰電池不含有鉛、福、汞等有毒物質，同時因為電池必須被很好地密封，在使用過程中極少有氣體放出，不對環(huán)境造成污染。生產制造過程中用于溶解粘結劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰電池大型生產企業(yè)，從1997年己經陸續(xù)開始了鋰電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環(huán)工作。另外，1996年Sony的鋰電池經鑒定符合IS014001國際環(huán)境標準[71O
(7) 電流效率高不同于以往任何一種水溶液體系二次電池，鋰電池在正常的充放電過程中不會產生氣體，電流效率接近100%，這一性質特別適合用作電力儲存和轉換的電池組。
沒有記憶效應是鋰離子電池的另一個優(yōu)點，這就使人們可以隨時為手機進行充電，而不必非要在電池電量放空之后進行充電，這就使電池的維護更加方便。充放電速度非常快也使鋰離子電池 充分應用于電子產品、軍工產品、航空產品等多個方面，應用領域十分廣泛。此外鋰離子電池還具有開路電壓高、輸出功率大、低自放電等明顯的優(yōu)點。
但是鋰離子電池也有自身的缺點，比如說鋰離子電池的衰老問題，他的衰老原因與其他電池有著明顯的不同，即與使用次數無關，而是隨著溫度的升高而衰老，所以在電流高，溫度高的電子產品中，鋰離子電池的壽命就會比較短。
鋰離子電池不能夠過度充電，即當電池電量充滿之后最多再停留半小時左右，否則充電時間過長會使電池功能發(fā)揮不良，影響電池的壽命。鋰離子電池不僅不耐受過充，也不耐受過放，過放電的時候，電極脫嵌過多鋰離子，會縮短電池的壽命。此外，由于出廠新產品不同等等原因，使鋰離子電池的回收也有一定的問題與困難。
循環(huán)性能對鋰電池的重要程度無需多言，就宏觀來講，更長的循環(huán)壽命意味著更少的資源消耗，因而，影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素，是每一個與鋰電行業(yè)相關的人員都不得不考慮的問題。
過多的水分會與正負極活性物質發(fā)生副反應、破壞其結構進而影響循環(huán)，同時水分過多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分難以除去的同時，痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。
2、正負極壓實
正負極壓實過高，雖然可以提高電芯的能量密度，但是也會一定程度上降低材料的循環(huán)性能，從理論來分析，壓實越大，相當于對材料的結構破壞越大，而材料的結構是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎;此外，正負極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量，而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎。
3、測試的客觀條件
測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內阻等外界因素，都會或多或少影響循環(huán)性能測試結果，另外，不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同，統(tǒng)一測試標準并且了解共性及重要材料的特性應該就足夠日常工作使用了。
4、負極過量
負極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外，對循環(huán)性能的影響也是一個考量，對于鈷酸鋰加石墨體系而言，負極石墨成為循環(huán)過程中的"短板"一方較為常見，若負極過量不充足，電芯可能在循環(huán)前并不析鋰，但是循環(huán)幾百次后正極結構變化甚微但是負極結構被破壞嚴重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰，造成容量過早下降。
5、涂布膜密度
單一變量的考慮膜密度對循環(huán)的影響幾乎是一個不可能的任務，膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數的差異，對同型號同容量同材料的電芯而言，降低膜密度相當于增加一層或多層卷繞或疊片層數，對應增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)，考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些，當然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制，活性物質中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負面影響，更多的層數意味著更多的箔材和隔膜，進而意味著更高的成本和更低的能量密度，所以，評估時也需要均衡考量。
6、材料種類
材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素，選擇了循環(huán)性能較差的材料，工藝再合理、制成再完善，電芯的循環(huán)也必然無法保證;選擇了較好的材料，即使后續(xù)制成有些許問題，循環(huán)性能也可能不會差的過于離譜，從材料角度來看，一個全電池的循環(huán)性能，是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中，較差的一者來決定的，材料的循環(huán)性能較差，一方面可能是在循環(huán)過程中晶體結構變化過快從而無法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰，一方面可能是由于活性物質與對應電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質與電解液過早發(fā)生副反應而使電解液過快消耗進而影響循環(huán)。在電芯設計時，若一極確認選用循環(huán)性能較差的材料，則另一極無需選擇循環(huán)性能較好的材料，浪費。
7、電解液量
電解液量不足對循環(huán)產生影響主要有三個原因，一是注液量不足，二是雖然注液量充足但是老化時間不夠或者正負極由于壓實過高等原因造成的浸液不充分，三是隨著循環(huán)電芯內部電解液被消耗完畢。第三點，正負極特別是負極與電解液的匹配性的微觀表現為致密且穩(wěn)定的SEI的形成，而右眼可見的表現，既為循環(huán)過程中電解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面無法有效阻止負極與電解液發(fā)生副反應從而消耗電解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位會隨著循環(huán)的進行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對于幾十次既跳水的電芯，若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經消耗完畢，則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。
