解剖锂离子电池

首先在这里我想说的是，在没有专业工具与相对安全的实验环境下，最好不要轻易拆卸锂离子电池，请自重！

在图2中我们看到的只是一个抽象的锂离子电池的原理模型，而实际我们所使用的锂离子电池是怎样的呢？许多没在锂离子电池工厂工作的过的人也许都不清楚锂离子电池内部到底长啥样，今天我就来给大家揭秘这个“神秘”的锂离子电池内部结构

首先我们拿到一个锂离子电池，从外观上来说大致可分为以下三类：硬壳电池、软包电池和圆柱型电池。硬壳电池指的是外包装壳为硬质材料，一般有钢壳、铝壳和塑（料）壳三种，如图5中所示。这种电池的优点就是外壳坚硬，不易破损，缺点是有可能发生爆炸。所以硬壳电池，尤其是容量大的硬壳电池都配有一个减压阀，当内部压力达到一定的时候会自动爆开减压，以防止电池爆炸。一些品牌的手机电池主要是硬壳电池，具体来说是铝壳电池，我们看到的手机电池是在铝壳外面加了一层包装膜和一个电路保护板，工业上叫“派克”Pack。

而软包电池顾名思义就是外包装为软质的铝塑包装膜等材料的电池（图6），这种电池的优点是适应性强，理论上可以设计成任何形状（不过一般是长方体）。而且软包电池在极端情况下只会燃烧而不会发生爆炸，安全性比硬壳电池好，它的缺点则是包装易破损。

圆柱型电池主要指的是18650型锂离子电池（图7），其中18是指圆柱面直径为18mm，而65是指圆柱高度为65mm，0指园柱形电池。这是一种标准电池，就像我们平常所说的5号、7号碱性电池一样，而首推它的是锂离子电池鼻祖—索尼公司。当年索尼也想像干电池一样，为锂离子电池定几个标准型，来同一全世界的标准。但由于客户需求的多样性以及锂离子电池可设计的灵活性，索尼所推的18650标准并没有完全得到大家的认同。你可以试想一下，如果锂离子电池都是18650型的，那苹果的iPad和iPhone怎么可能做得那么薄？所以现在越来越多的客户需求是倒向了灵活设计的各种软包电池。那么18650型电池主要用在哪里呢？就是我们的笔记本电脑。我们买电脑的时候，有一项参数就是电池是几芯的，比如说4芯电池，那就是整个电池组内含有4个18650单元，以此类推。

我们拿到一只软包锂离子电池，上面一般会有这个产品的编号喷码，这里我就在网上随便找一个图来做示范了（图8）。这个喷码的第一行一般是厂商名称，比如这个就是“LARGE”。后面的数字，103450是电池的型号。在锂离子电池行业中，电池型号的编制规则一般是电池的厚、宽、长寸，例如这个103450，就表示这个电池的厚宽长是10mm×34mm×50mm，这样的定义非常简单明了，几乎所有的锂离子电池厂都会按照这个规则来定型号。当然有些厂商的编号里会出现英文，那是因为在100mm以上时，为了保持每个维度两位数，令100mm为A，110mm为B，以此类推。例如某个电池型号为24B0C5，表示它的尺寸是2.4mm×110mm×125mm，注意厚度是灵活加小数点的，一般电池不可能达到24mm厚，所以这里表示的应该是2.4mm。后面的1000mAh是指这个电池的标称放电容量，这个容量是指把电池满充到制定的电压，然后放电只到规定的截止电压为止，所能放出的容量。钴酸锂型锂离子电池一般的最高充电电压为4.2V，有的厂商能做到4.3V甚至4.4V，锰酸锂的要更高一些，而磷酸铁锂型电池最高充电电压一般为3.6V（这也就是为什么磷酸铁锂电池的能量密度要相对低一些）；放电截止电压一般为3.0V，磷酸铁锂型电池一般为2.0V。有人就说了，如果我要充到更高会怎么样？首先，电极的结构会发生不可逆改变，也就是说下一次这些发生改变的地方就用不了了，容量也就下降了。其次，电解液能承受的电压范围也是有限的，如果你充到电压很高，电解液中的有机溶剂就会被氧化，生成各种气体，使电池有破裂和爆炸的危险。相对应的同样的道理也不能放到更低的电压。那么标在后面的这个3.7V应该怎么理解呢？从上面的解释我们可以知道，锂离子电池的放电并不是恒定的保持在某一个电压，而是随着放电深度的进行而不断的降低的。这个3.7V就是指放电区间的平均电压，或者可以理解为电压平台。也有另一种计算方法，就是拿放电到截止后所放出的能量（单位Wh）除以容量（单位Ah），这样就可以计算得出一个电压，就是这个平均电压3.7V

 

我们知道，电池的内部电荷的传导靠的是离子，对于锂离子电池来说就是锂离子，而在外部靠的是电子。绝大部分锂离子电池正负极材料都是电子的不良导体（但是可以传导锂离子），所以这就需要一个电子导体—在这里称为集流体和极耳形成外部电子回路。对于锂离子电池来说，正极集流体一般采用的是金属铝箔，采用铝极耳；而负极集流体采用金属铜箔，采用镍极耳。为什么要这样？首先因为它们都是金属，而且是电导率较高而成本较低的金属，所以使用它们对电子良好的传导性。然后，铝如果用在负极，在低电位下可能会发生锂镶嵌，对电池的容量有损；而铜作为正极集流体的话，在高电位下容易被氧化（铝会形成钝化膜），所以也不适合用于正极。当集流体确定了之后，电极物质（也就是我们所说的正负极活性材料）就会被涂覆到集流体表面，形成一层薄薄的活性物质层，中间再加上隔离膜防止正负极直接接触而造成短路。这样，锂离子电池的基本结构就确定了。