好的锂电池长什么样？什么样的电池才算好电池呢？
来源：宝鄂实业
2019-05-12 20:31
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好的锂电池长什么样
电池包设计，第一步就是选择使用什么样的锂电池。那么，什么样的电池才算好电池呢？
1寿命长
二次电池寿命，包括循环寿命和日历寿命两个指标。循环寿命是指电池经历了厂家承诺的循环次数后，剩余容量仍然大于等于80%。日历寿命是指无论使用与否，在厂家承诺的时间段内，其剩余容量不得小于80%。
寿命，是动力电池的关键性指标之一，一方面，更换电池这个大动作确实麻烦且用户体验不好；另一方面，根本上，寿命是成本问题。
有这样一个概念“全生命周期度电成本”，动力电池总电量乘以循环次数得到电池全生命周期可以利用的电量总和，用电池包总体价格除以这个总和，得到全生命周期内每度电的价格。
我们平时所说的电池价格，比如1500元/kWh，都只是按照新电芯的总能量去计价，其实，全生命周期度电成本，才是终端客户的直接利益所在。最直观的结果就是，同样的价格买到同样电量的两个电池包，一个充放50次就到了寿命终点，另一个充放了100次还能再用。这两个电池包，那个便宜哪个贵就一目了然了。
2成本低
电池本身每度电的价格低，是最直观的成本。加上前面所说，对用户来说，成本是否真的低，还要看“全生命周期度电成本”。
除了上面的两种成本，电池的维护成本也需要考虑。针对电芯本身的维护，主要指手动均衡。BMS自带的均衡功能受限于自身设计均衡电流的大小，可能无法实现电芯之间的理想均衡，随着时间的积累，电池组中就会出现压差过大问题。遇到此类情形，只得进行手动均衡，对电压过低的电芯单独充电。这种情形出现的频率越低，则维护成本越低。
3 能量密度高/功率密度高
能量密度，指单位重量或者单位体积内包含的能量；功率密度是指单位重量或者体积对应的最大放电功率的数值。在道路车辆有限的空间内，只有通过提高密度才能有效提高总体能量和总体功率。加之，当前的国家补贴，把能量密度和功率密度作为衡量补贴档次的门槛，更加强化了密度的重要性。
但能量密度与安全性之间，存在着一定的矛盾关系，随着能量密度的提高，安全性总会面临更新更艰巨的挑战。
4 库伦效率高
锂电池放电过程中放出的能量与此次放电之前电池从0开始充入电池的能量之比，叫做库伦效率。效率的高低，主要与电池内阻大小有关。相对于其他类型的可充电电池，锂电池的充放电效率比较高，一般都在98%以上，因此，这个参数往往不被过多提及。
5 电压高
由于负极材料基本都采用石墨电极，锂电池的电压主要的由正极材料的材料特性决定，磷酸铁锂电压上限3.6V，三元锂和锰酸锂电池最高电压4.2V左右。研发高电压电芯，是锂电池提高能量密度的一条技术路线。提高电芯输出电压，需要电势高的正极材料，电势低的负极材料和稳定电压高的电解液。
6 高温性能好
锂电池高温性能良好，指电芯处在较高的温度环境中，电池正负极材料，隔膜和电解液还能够保持良好的稳定性，在高温下能够正常工作，寿命不会加速衰减，高温不容易引起热失控事故。
锂电池的安全风险，很大程度上来自于高温。一般锂电池的最高工作温度在50℃左右，特别的可以达到60℃。负极表面的SEI膜在90℃左右就可以开始溶解，使得电芯进入自生热阶段。自生热带来额外的温升，如果不及时制止，就会有热失控的危险出现。
7 低温性能好
锂电池低温性能好，指低温下，电池内部的锂离子和电极材料还都保持较高活性，剩余容量高，放电能力衰减少，允许充电倍率大。
随着温度的下降，锂电池剩余容量衰减成加速形势。温度越低，容量衰减越快。低温下强行充电的危害极大，非常容易引起热失控事故。低温下锂离子和电极活性物质活力下降，锂离子嵌入负极材料内部的速率严重下降。外加电源以超过电池允许的功率充电时，大量锂离子堆积在负极周围，来不及嵌入电极的锂离子得电子后直接沉积在电极表面，形成锂单质结晶。枝晶生长，直接穿透隔膜，刺向正极。引发正负极短路，进而导致热失控的发生。锂单质性质活泼，在180℃左右就可以剧烈反应，无疑是热失控的助推剂。
8 一致性好
一致性，指应用于同一个电池包的电芯，容量、开路电压、内阻、自放电等参数极差小，性能近似。自身具有优异性能的电芯单体，如果一致性不好，成组后，往往其优异性都被抹平。有研究表明，成组后电池组容量由最小容量电芯决定，电池包寿命小于寿命最短电芯寿命。
9 安全性好
锂电池的安全性，既包括内部材质的稳定性，又包括电芯安全辅助措施的有效性。内部材质安全性指正负极材料、隔膜和电解液，热稳定性好，电解液与电极材料相容性好，电解液自身阻燃性好。安全辅助措施，指电芯的安全阀设计，熔断器设计，温度敏感电阻设计，灵敏度适当，单个电芯故障后，可以防止故障蔓延起到隔离作用。
10设计友好，方便组装
锂电池能量密度高，为了防止单点能量过高，电池单体普遍能量较小。应用于电动汽车的电池，需要把大量电芯组织起来，连接成一个整体使用。单体电芯经过焊接、压接等各种手段，形成模组，模组再经过高压导线连接，形成电池包。这个过程中，单体电芯是否易于焊接，是否为压接设计了连接接口，是否方便热管理系统对每个电池单体发挥作用，都会影响成组设计的简洁性和成组效率的高低。有的电芯单体密度高，但形状不友好，加工成电池包以后，能量密度只有单体的一半。电芯单体的连接特性不好，就会白白浪费了电芯的能量密度。
用上面这些尺子去衡量电芯的优劣，利用清单检查关键项目，是工程设计中一个简单有效的好方式。
1电解液的作用
电解液充溢在电池壳体内部，电池的正负极和隔膜都浸泡其中。电解液一方面提供部分活性锂离子，作为充放电过程中的导电离子使用。另一方面，电解液提供离子通道，或者叫载体，使得锂离子可以在其中自有移动。
2电解液需要解决的问题
热稳定性
尽可能少的与正负极材料反映，期望具备高的化学稳定性和热稳定性，可以说，电解液与电极材料的相容性和电解液自身的热稳定性决定着整个电芯的热稳定性。
承受高电压
普通的水基电解液，电化学稳定窗口不高于2V。有机电解液的最高电压值一般不高于4.2V，超过这个值，电解液自身会发生氧化分解。如果想要提高能量密度，采用高电芯电压，则需要特殊性能的电解液。特殊性能电解液，一方面寻找新的电解液类型，另一方面，在原有电解液的基础上进行改良，比如使用添加剂，有目的的改善电芯某些特定性能。
3电解液的组成
电解液由三部分组成，电解质，溶剂和添加剂。
3.1电解质
电解液所使用的锂盐，即各种含锂化合物，在溶剂中溶解后，释放出大量活跃锂离子。常用的锂盐有LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiBOB、LiTFSI、LiAsF6等几种，其中LiPF6是目前比较成熟的商用锂盐。
这些锂盐各有优缺点，实际使用过程中，往往是以LiPF6为主，适量添加其他种类，以取得其优势，复合提升电解液性能。
3.2溶剂
锂电池一般采用有机溶剂。锂离子电池负极的电位与锂非常接近，在水溶液体系中不够稳定，因此选用有机溶剂作为离子载体。
常见的锂电池电解液溶剂类型包括碳酸脂类、醚类和羟基酸脂类。
为了提高电解液的导电性，理论上应该选用可以给溶液提供尽可能多的活性锂离子的溶剂，也就是电解质在其中的溶解度高，而溶质分子的解离度也要高；溶剂介电常数高而粘度低。实际上，介电常数高的溶剂，其粘度也高，需要根据实际情况进行取舍。
4添加剂
添加剂是指电解液中除了溶质以外添加的少量物质，它一般不能存储电量，加入的目的是改善电解液性能，提升电芯稳定性等。
4.1 一般添加剂类型
4.1.1 SEI成膜添加剂
锂电池首次充放电过程被称为化成，过程中形成负极与电解液之间的一层隔膜，称为SEI膜。有研究表明，SEI膜的组成成分为碳酸锂、烷基锂、烷氧基锂和其他成分锂盐（如LiCl、LiF）。人们希望首次形成的SEI膜，厚度小，质地均匀，锂离子通过阻力小。为了得到尽量接近理想要求的膜，向电解液中适量加入成膜添加剂，促使成膜过程均匀缓慢的进行。再往细里划分，SEI成膜添加剂，又可以分为有机添加剂和无机添加剂。
4.1.2 导电添加剂
导电添加剂的加入，意在提高电解液的导电率。实际应用中，是通过提高电解质的解离率来提高电解液的导电性能。导电剂可以按照分子类型不同，划分成不同类型。
4.1.3 稳定添加剂
稳定剂的作用是，降低电解质的分解水平，保护SEI膜不要受到外部伤害。
4.1.4 抗过充添加剂
锂离子电池过充时，极化趋势变强，电芯内部电压随之变大，引发电解液与正极活性物质进行不可逆反应。加入抗过充添加剂，就是为了降低过充造成的极化影响，进而保护电芯的性能。
4.1.5 阻燃添加剂
锂电池的溶剂大部分都是有机溶剂，极容易起火燃烧。向电解液中增加阻燃添加剂，使得电池在发生事故时，尽可能做到阻燃甚至不燃。
4.1.6 高电压添加剂
不同种类的电解液，其对应的稳定电压上限是有范围的，比如水基大约2V，而普通有机溶剂电解液可以到达4.2V。
为了在一定程度上提高电解液的稳定电压范围，可以使用高电压添加剂其基本思路是提高SEI膜的质量，避免膜在高电压下分解。
高电压添加剂包含以多种类型：含硼类添加剂，有机磷类添加剂，碳酸酯类添加剂，含硫添加剂等等。
