什么是鋰電池？鋰電池如何拯救當(dāng)代生活？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-08 08:18
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當(dāng)代生活已經(jīng)離不開各種便攜電子設(shè)備，而這些設(shè)備都離不開電池，并且大部分都是鋰離子電池。
相比其他材料，鋰有什么特殊之處？鋰離子電池是如何工作的？
電池分為正極、負(fù)極、電解質(zhì)三部分，通?？垦趸€原反應(yīng)產(chǎn)生電。
這是我們今天常見的鉛酸蓄電池，塑料外殼里通常有六個(gè)單體電池串聯(lián)而成，每個(gè)單體電池的正負(fù)極都有多個(gè)板片互相緊密穿插。
其中正極是二氧化鉛，負(fù)極是鉛，而稀硫酸電解質(zhì)中則含有硫酸氫根離子和氫離子。
放電時(shí)，負(fù)極的鉛會(huì)被電解質(zhì)里的硫酸氫根離子氧化，生成硫酸鉛和氫離子并放出電子。
電子經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，并繼續(xù)和正極的二氧化鉛，以及電解質(zhì)里的硫酸氫根離子、氫離子還原生成硫酸鉛和水。
正負(fù)極間有一片多孔隔膜，多為塑料材質(zhì)，可以允許離子穿過但不能導(dǎo)電，防止兩極直接接觸造成短路。
需要注意，蓄電池放電的過程在充電時(shí)是可逆的，所以能重復(fù)使用。
容量是人們最關(guān)心的電池參數(shù)，取決于正負(fù)極物質(zhì)的比容量。
比如在鉛酸蓄電池中，1mol 的鉛，約 6.02×10²³ 個(gè)鉛原子，被氧化時(shí)會(huì)放出 2mol 電子，約 53600mAh 的電。
1mol 鉛重 207g ，把電量除以重量就得到鉛的比容量約為 259mAh/g 。
比容量越大，就能以越少的質(zhì)量獲取越多電量，鋰正是因?yàn)楸热萘扛哌_(dá) 3861mAh/g ，所以成為目前最常用的電池材料。
但是直接把鋰作為電極的充電電池有一個(gè)致命的缺陷。
放電時(shí)，鋰會(huì)被氧化成離子進(jìn)入電解質(zhì)，充電時(shí)，這些離子會(huì)再沉積到鋰的表面。但是這種沉積不均勻，會(huì)產(chǎn)生枝晶，枝晶過長(zhǎng)就會(huì)折斷，不再參與反應(yīng)，降低電池容量。
而且枝晶有可能刺破正負(fù)極之間的隔膜，導(dǎo)致短路，讓電池著火甚至爆炸
為了解決這個(gè)問題，索尼在 1991 年推出了鋰離子電池。
鋰不作為電極，而是主要基于電化學(xué)的嵌入/脫嵌反應(yīng)變成離子在正負(fù)極間移動(dòng)。
以鈷酸鋰電池為例，放電時(shí)，鋰從石墨負(fù)極脫嵌變?yōu)殡x子，并放出電子，接著鋰離子經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極的鈷酸鋰，充電則相反。
鋰離子電池的關(guān)鍵在于正負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)必須帶有空隙，允許鋰離子嵌入或脫嵌。石墨就憑借帶有空隙的層狀結(jié)構(gòu)且價(jià)格低廉成為鋰離子電池最通用的負(fù)極材料。
所以，正極采用什么材料就成了當(dāng)今不同類型鋰離子電池最大的區(qū)別。
傳統(tǒng)的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等，但是各自存在比容量較低、安全性差、成本高等不足。
一旦用在電動(dòng)汽車這類大型用電設(shè)備上，性能就捉襟見肘。
于是，綜合不同物質(zhì)優(yōu)勢(shì)的三元材料出現(xiàn)了。其中 NCA 鎳鈷鋁酸鋰和 NCM 鎳鈷錳酸鋰的性能就相對(duì)出眾且平衡。
國(guó)產(chǎn)電動(dòng)車中，有的出于成本考慮還在使用磷酸鐵鋰，當(dāng)然也有以性能優(yōu)先的品牌比如前途汽車在開創(chuàng)初期就把高性能的 NCM 作為電池材料的首選。
目前電動(dòng)汽車的電池主要有圓柱形、方殼形和軟包形三種構(gòu)型。
以前途汽車使用的軟包形為例，通過使用鋁塑包裝膜作為包裝材料，大大減輕了電池的重量。相比圓柱形排列時(shí)無法避免的空隙，軟包形的空間利用率更高。
此外，輕薄的軟包形電池散熱面積更大，更有利于汽車電池模塊的溫度管理。
前途 K50 的電池模塊稱為 RESS 可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，由 10 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池箱、BMS 和熱管理系統(tǒng)組成，
每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池箱有 60 個(gè)電芯，總?cè)萘?78.84kWh ，綜合工況續(xù)航里程超過380公里，60km/h 等速續(xù)航里程超過 510 公里。
滿載情況下，百公里加速時(shí)間小于 4.6 秒，性能表現(xiàn)媲美保時(shí)捷 911 、雷克薩斯 LC 等百萬級(jí)跑車。
作為國(guó)內(nèi)首款量產(chǎn)純電動(dòng)跑車，前途 K50 通過對(duì)鋰電池的出色應(yīng)用，無疑為當(dāng)代生活在手機(jī)、電腦之外又提供了一種新的可能性。
