锂离子电池究竟好在哪里呢？
来源：宝鄂实业
2019-04-28 21:26
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一、锂离子电池名称简介
现已广泛被大家使用的锂离子电池是由锂电池发展而来的。所以在认识锂离子电池之前，我们先来介绍一下锂电池。
举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的负极材料是锂金属，正极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电池。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，为了区别于传统意义上的锂电池，所以人们称之为锂离子电池。
二、锂离子电池的广泛用途
发展高科技的目的是为了使其更好的服务于人类。锂离子电池自1990年问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。应用表明，锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。
三、锂离子电池的主要构成
（1）电池盖
（2）正 极活性物质为氧化钴锂
（3）隔 膜一种特殊的复合膜
（4）负 极活性物质为碳
（5）有机电解液
（6）电池壳
四、锂离子电池的优越性能
我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池（Ni/Cd）和镍氢电池（Ni/MH）来讲的。那么，锂离子电池究竟好在哪里呢？
（1）工作电压高
（2）比能量大
（3）循环寿命长
（4）自放电率低
（5）无记忆效应
（6）无污染
以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比：
技术参数 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池
工作电压（V） 1.2 1.2 3.6
重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140
体积比能量(Wh/l) 150 200 300
充放电寿命(次) 500 500 1000
自放电率（%/月） 25-30 30-35 6-9
有无记忆效应 有 有 无
有无污染 有 无 无
（注：充电速率均为1C）
五、锂离子电池的工作原理
大家都已知道，锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样道理，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。
六、锂离子电池的组装过程
锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
（1）制浆
用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
（2）涂膜
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
（3）装配
按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。
（4）化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。
七、锂离子电池的安全特性
锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中，所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。
（1）短路：不起火，不爆炸
（2）过充电：不起火，不爆炸
（3）热箱试验：不起火，不爆炸（150℃恒温10min）
（4）针剌：不爆炸（用Ф3mm钉穿透电池）
（5）平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池）
（6）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）
八、锂离子电池安全特性是如何实现的？
为了确保锂离子电池安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电池安全考核指标。
（1）隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。
（2）向电液中加入添加剂
在电池过充，电池电压高于4.2v的条件下，电液添加剂与电液中其他物质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。
（3）电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
（4）各种环境滥用试验
进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。
九、锂离子电池是一种新型绿色环保电池
“爱护环境，保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢？
作为电池消费者，应该购买、使用新型绿色环保电池；作为电池制造商，应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力，才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。
新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电），也属于这一范畴。
现已广泛被大家使用的锂离子电池是由锂电池发展而来的。所以在认识锂离子电池之前，我们先来介绍一下锂电池。
举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的负极材料是锂金属，正极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电池。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，为了区别于传统意义上的锂电池，所以人们称之为锂离子电池。
二、锂离子电池的广泛用途
发展高科技的目的是为了使其更好的服务于人类。锂离子电池自1990年问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。应用表明，锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。
三、锂离子电池的主要构成
（1）电池盖
（2）正 极活性物质为氧化钴锂
（3）隔 膜一种特殊的复合膜
（4）负 极活性物质为碳
（5）有机电解液
（6）电池壳
四、锂离子电池的优越性能
我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池（Ni/Cd）和镍氢电池（Ni/MH）来讲的。那么，锂离子电池究竟好在哪里呢？
（1）工作电压高
（2）比能量大
（3）循环寿命长
（4）自放电率低
（5）无记忆效应
（6）无污染
以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比：
技术参数 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池
工作电压（V） 1.2 1.2 3.6
重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140
体积比能量(Wh/l) 150 200 300
充放电寿命(次) 500 500 1000
自放电率（%/月） 25-30 30-35 6-9
有无记忆效应 有 有 无
有无污染 有 无 无
（注：充电速率均为1C）
五、锂离子电池的工作原理
大家都已知道，锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样道理，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。
六、锂离子电池的组装过程
锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
（1）制浆
用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
（2）涂膜
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
（3）装配
按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。
（4）化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。
七、锂离子电池的安全特性
锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中，所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。
（1）短路：不起火，不爆炸
（2）过充电：不起火，不爆炸
（3）热箱试验：不起火，不爆炸（150℃恒温10min）
（4）针剌：不爆炸（用Ф3mm钉穿透电池）
（5）平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池）
（6）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）
八、锂离子电池安全特性是如何实现的？
为了确保锂离子电池安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电池安全考核指标。
（1）隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。
（2）向电液中加入添加剂
在电池过充，电池电压高于4.2v的条件下，电液添加剂与电液中其他物质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。
（3）电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
（4）各种环境滥用试验
进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。
九、锂离子电池是一种新型绿色环保电池
“爱护环境，保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢？
作为电池消费者，应该购买、使用新型绿色环保电池；作为电池制造商，应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力，才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。
新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电），也属于这一范畴。
锂离子技术比镍镉或铅酸技术更加环保。但是，在新兴市场中采用锂离子电池所面临的挑战是，相比于镍镉或铅酸技术，系统设计师们越来越强调电池的安全要求。
现有一种锂离子电池电路保护的新方法，通过替代传统的高成本、占用空间的保护技术，从而应对这些市场挑战。该新型混合技术将一个双金属保护器和一个PPTC（聚合物正温度系数）器件并联在一起。由此产生的双金属与PPTC结合器件（MHP）可帮助提供在高速放电电池包中的可复位过流保护，同时通过利用PPTC器件的低阻抗来防止双金属保护器在更高电流时的电弧放电行为，并通过加热双金属来保持它的开路和闭锁状态。
传统的方法
许多高能量放电锂离子应用中的传统电路保护技术往往比较大型、复杂或昂贵。一些电路保护设计方案可能会结合使用IC和MOSFET，或者采用类似的复杂解决方案。其他的设计方案可能考虑在直流电源应用中传统的双金属保护器需要30A+的保持电流，但是接触面积必须足够大才能应对这种高电流，这就导致器件在整体尺寸上更大了。此外，开关周期次数必须是有限的，因为接触面之间产生的电弧可能会造成接触面损伤。
相比之下，泰科电子推出新型MHP混合器件能够取代或帮助减少在一些复杂IC/FET电池保护设计中使用的放电场效应管和附随的散热器的数量。MHP器件为高速放电锂离子电池包应用提供了节省空间、成本降低和保护增强的优势。首款器件MHP30-36的最大额定值为36VDC/100A，保持电流为30A。MHP器件技术可被配置到各种不同的应用中，而且现在正在开发具有更高电压（高达400VDC）和保持电流（60A）的器件。
工作原理
在正常状态下，由于双金属片的电阻低，电流通过双金属片流过。在异常情况下，比如电动工具转子堵转时，电路中将产生很高的电流，导致双金属触点打开，其接触电阻增加。此时电流将通过低电阻的PPTC流过。流过PPTC的电流，不仅抑制了触点之间电弧的产生，同时又加热双金属片，使其保持在打开状态和锁定位置。
MHP器件的激活步骤包括：
1.在正常状态下，由于双金属片的电阻低，大部分电流通过双金属片流过。
2.当触点打开时，接触电阻迅速增加。如果接触电阻比PPTC器件的电阻高，大部分电流就会通过PPTC器件流过，没有电流或很少的电流流经触点，因此抑制了触点之间电弧的产生。当电流分流到PPTC器件时，它的电阻迅速增加到比接触电阻还要高，从而PPTC发热。
3.触点打开之后，PPTC器件开始加热双金属，并使其保持打开状态直到过流事件结束或电源关闭。
PPTC器件的电阻要远远低于陶瓷PTC器件电阻，也就是说即使触点只打开一小部分，接触电阻只是略有上升，电流也会被分流至PPTC器件，从而有效防止触点产生电弧。一般来说，处于室温条件下，陶瓷PTC器件与聚合物PTC器件的电阻相差约10的两次方（x10^2）。所以，电阻较高的陶瓷PTC器件与双金属并行联接时，在抑制高电流电弧放电方面远不如聚合物MHP器件有效。
触点更小，电阻更低
典型的双金属保护器上通常只有一个触点，所以其耐压能力并不强。对于单触点设计，较高的电流所需的触点尺寸也会很大。为解决该问题，MHP器件采用“双闭合/双断开”触点设计，从而大大缩小了装置尺寸。
该技术相对于常用双金属保护器而言具有以下几点优势：
1.由于电流路径极短，所以器件的电阻非常低；
2.只有接触点才会产生热量，因此不必使用热控制就能实现准确的热激活。
3.它使MHP器件相对于额定参数相当的其他断路装置而言可以更加紧凑。
相比而言，采用标准的双金属触点，由于触点仅位于一个位置上，因此它的耐压能力一般不如MHP器件。
耐冲击和耐振动能力
MHP器件的一个独有优势是她能提供更长的使用寿命，能承受较大的振动和冲击，可用于高电流应用的苛刻环境。
典型的电动工具的电池包在使用时通常会承受较大的振动和冲击。为达到此类要求，MHP器件的触点之间需要足够的接触压力。标准的保护装置通常通过强力弹簧让移动接触臂与固定触点保持接触。但是，在较大的冲击或振动条件下，弹簧（即使是强力弹簧）产生的压力通常达不到保持触点接触所需的压力。
为解决这一问题，MHP器件将设计重点放在双金属盘上，因为没有热触点的双金属盘有足够的强度保持稳定。此外，我们还给移动接触臂增加了一个倒钩，以增加双金属盘提供的接触压力。移动接触臂通过装置另一侧的插销固定。在接触点上增加一个倒钩可减少移动臂的转动，在两个触点上产生更大的向下压力。首款用于电动电池应用的MHP器件经过了至少500次、1，500g的掉落测试，未出现故障；此外还通过了三次3，000克的测试。
计划中的MHP器件产品系列的首款产品MHP30-36-T的最大额定值为36VDC/100A，100A（@25°C）下的动作时间少于5秒。该器件的保持电流是30A，初始电阻低于2毫欧，而典型双金属保护器的电阻通常为3到4毫欧。
本文小结
高能量放电锂电池市场的快速增长正在对那些能够处理更高电流和电压额定值的电池电路保护器件形成新的要求。新型MHP混合器件为电池包设计师们提供了一种全新的电路保护方法，从而使得这些设计具有更高的成本效益。与传统方法相比，该混合器件提供了一种抑制电弧的增强保护，同时也不需要先前IC加MOSFET电池保护设计中所用的多个大型的放电FET及散热器件。
通过并行使用PPTC和选择具有不同电压额定值的PPTC，MHP设计可通过配置用于各类应用。MHP的器件架构可针对各种不同的应用进行配置，，目前正在开发适用于更高电压（最高可达400VDC）和工作电流（60A）的装置。
加入第三个端子作为控制信号线的设计理念正在处于研发中，这样MHP器件就能充分利用IC的先进特性来监测电池多种多样的重要的运行情况。如果发现异常情况，IC就会通过一条低功率开关线发出信号，从而激活器件和断开主电路。这类带有“智能激活”功能的MHP器件，将会为那些用于太阳能电源系统和备用电源应用等的大型锂离子电池和模组提供更多的电路保护控制。
