详细介绍锂电池的优势及性能特点！
来源：宝鄂实业
2019-06-30 19:59
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锂电池以其高比能量，长循环寿命，较宽的工作温度范围等特性引起了人们的极大兴趣和关注，特别吸引人的是，每次循环电池的平均价格并不高，而且，还呈下降趋势。下面较详细地介绍一下锂电池的优势及特点。
与其它高能二次电池(如Ni-Cd蓄电池，Ni-MH蓄电池等)相比，锂离子电池在性能上具有显著的优越性，主要表现在以下几方面。
(1) 工作电压高以石墨或石油焦等炭质嵌锂化合物代替金属锂作为负极，会使电池电压有所下降。但由于它们嵌锂电位较低，可使电压损失减小到最低限度。同时，选择合适的嵌锂化合物作为电池正极，选择适当的电解液体系(决定了锂电池的电化学窗口)，可使锂电池具有较高的工作电压(-4V)，远高于水溶液体系电池。
(2) 比容量大虽然以炭质材料代替金属锂会使材料质量比容量有所降低，但实际上金属锂二次电池中为保证电池具有一定的循环寿命，负极金属锂通常过量三倍以上，因此锂电池中质量比容量实际的降低程度并不大，而且体积比容量几乎没有降低。
(3) 能量密度高较高的工作电压和体积比容量决定了二次锂电池的能量密度较高。与目前广泛使用的Ni-Cd蓄电池和Ni-MH蓄电池相比，二次锂电池能量密度最高，且仍有很大的发展潜力。
(4) 安全性能好，循环寿命长用金属锂作阳极的电池不安全的原因是多次充放电使锂离子电池正极结构发生变化，形成多孔枝晶，在升高温度时，它与电解液发生剧烈的放热反应，且枝晶能刺穿隔膜，造成内部短路，而锂电池不存在此问题，是很安全的。为避免在电池中存在金属锂，充电时要控制电压，为保险起见，锂电池备有多重安全装置。锂电池在充电和放电过程中锂离子插入和脱嵌在阴极和阳极上没有任何结构改变(在插入和脱嵌过程中晶格会有一些膨胀和收缩)，且因为嵌锂化合物比金属锂更稳定，在充放电过程中不会形成锂枝晶，从而明显地改善了电池的安全性能，同时循环寿命也大大提高。锂电池在1989年和1990年分别被美国运输部危险品运输处和IAIT(国际航空与运输协会)排除在危险品之内。
(5) 自放电率小锂电池采用非水电解液体系，嵌锂炭材料在非水电解液体系中热力学不稳定。在首次充放电过程中因电解液的还原会在炭负极表面形成一层固体电解质中间相((S EI)膜，允许锂离子通过但不允许电子通过，并使不同荷电态的电极电极活性物质处于相对稳定的状态，因此具有较低的自放电率。
(6) 清洁无污染锂电池不含有铅、福、汞等有毒物质，同时因为电池必须被很好地密封，在使用过程中极少有气体放出，不对环境造成污染。生产制造过程中用于溶解粘结剂的溶剂也可以做到完全回收。Sony等锂电池大型生产企业，从1997年己经陆续开始了锂电池的回收以及材料(如金属钻等)的再生循环工作。另外，1996年Sony的锂电池经鉴定符合IS014001国际环境标准[71O
(7) 电流效率高不同于以往任何一种水溶液体系二次电池，锂电池在正常的充放电过程中不会产生气体，电流效率接近100%，这一性质特别适合用作电力储存和转换的电池组。
首先锂离子电池的能量密度十分的高，体积小，重量轻便度一块锂离子电池其中包含的电量却十分的多，能够满足人们在一定时间内的用电需要。
没有记忆效应是锂离子电池的另一个优点，这就使人们可以随时为手机进行充电，而不必非要在电池电量放空之后进行充电，这就使电池的维护更加方便。充放电速度非常快也使锂离子电池 充分应用于电子产品、军工产品、航空产品等多个方面，应用领域十分广泛。此外锂离子电池还具有开路电压高、输出功率大、低自放电等明显的优点。
但是锂离子电池也有自身的缺点，比如说锂离子电池的衰老问题，他的衰老原因与其他电池有着明显的不同，即与使用次数无关，而是随着温度的升高而衰老，所以在电流高，温度高的电子产品中，锂离子电池的寿命就会比较短。
锂离子电池不能够过度充电，即当电池电量充满之后最多再停留半小时左右，否则充电时间过长会使电池功能发挥不良，影响电池的寿命。锂离子电池不仅不耐受过充，也不耐受过放，过放电的时候，电极脱嵌过多锂离子，会缩短电池的寿命。此外，由于出厂新产品不同等等原因，使锂离子电池的回收也有一定的问题与困难。
1、水分
过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
2、正负极压实
正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能，从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、测试的客观条件
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素，都会或多或少影响循环性能测试结果，另外，不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同，统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。
4、负极过量
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量，对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的"短板"一方较为常见，若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。
5、涂布膜密度
单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务，膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异，对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环，考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度，所以，评估时也需要均衡考量。
6、材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素，选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证;选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱，从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的，材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。
7、电解液量
电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕，则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
(1) 工作电压高以石墨或石油焦等炭质嵌锂化合物代替金属锂作为负极，会使电池电压有所下降。但由于它们嵌锂电位较低，可使电压损失减小到最低限度。同时，选择合适的嵌锂化合物作为电池正极，选择适当的电解液体系(决定了锂电池的电化学窗口)，可使锂电池具有较高的工作电压(-4V)，远高于水溶液体系电池。
(2) 比容量大虽然以炭质材料代替金属锂会使材料质量比容量有所降低，但实际上金属锂二次电池中为保证电池具有一定的循环寿命，负极金属锂通常过量三倍以上，因此锂电池中质量比容量实际的降低程度并不大，而且体积比容量几乎没有降低。
(3) 能量密度高较高的工作电压和体积比容量决定了二次锂电池的能量密度较高。与目前广泛使用的Ni-Cd蓄电池和Ni-MH蓄电池相比，二次锂电池能量密度最高，且仍有很大的发展潜力。
(4) 安全性能好，循环寿命长用金属锂作阳极的电池不安全的原因是多次充放电使锂离子电池正极结构发生变化，形成多孔枝晶，在升高温度时，它与电解液发生剧烈的放热反应，且枝晶能刺穿隔膜，造成内部短路，而锂电池不存在此问题，是很安全的。为避免在电池中存在金属锂，充电时要控制电压，为保险起见，锂电池备有多重安全装置。锂电池在充电和放电过程中锂离子插入和脱嵌在阴极和阳极上没有任何结构改变(在插入和脱嵌过程中晶格会有一些膨胀和收缩)，且因为嵌锂化合物比金属锂更稳定，在充放电过程中不会形成锂枝晶，从而明显地改善了电池的安全性能，同时循环寿命也大大提高。锂电池在1989年和1990年分别被美国运输部危险品运输处和IAIT(国际航空与运输协会)排除在危险品之内。
(5) 自放电率小锂电池采用非水电解液体系，嵌锂炭材料在非水电解液体系中热力学不稳定。在首次充放电过程中因电解液的还原会在炭负极表面形成一层固体电解质中间相((S EI)膜，允许锂离子通过但不允许电子通过，并使不同荷电态的电极电极活性物质处于相对稳定的状态，因此具有较低的自放电率。
(6) 清洁无污染锂电池不含有铅、福、汞等有毒物质，同时因为电池必须被很好地密封，在使用过程中极少有气体放出，不对环境造成污染。生产制造过程中用于溶解粘结剂的溶剂也可以做到完全回收。Sony等锂电池大型生产企业，从1997年己经陆续开始了锂电池的回收以及材料(如金属钻等)的再生循环工作。另外，1996年Sony的锂电池经鉴定符合IS014001国际环境标准[71O
(7) 电流效率高不同于以往任何一种水溶液体系二次电池，锂电池在正常的充放电过程中不会产生气体，电流效率接近100%，这一性质特别适合用作电力储存和转换的电池组。
没有记忆效应是锂离子电池的另一个优点，这就使人们可以随时为手机进行充电，而不必非要在电池电量放空之后进行充电，这就使电池的维护更加方便。充放电速度非常快也使锂离子电池 充分应用于电子产品、军工产品、航空产品等多个方面，应用领域十分广泛。此外锂离子电池还具有开路电压高、输出功率大、低自放电等明显的优点。
但是锂离子电池也有自身的缺点，比如说锂离子电池的衰老问题，他的衰老原因与其他电池有着明显的不同，即与使用次数无关，而是随着温度的升高而衰老，所以在电流高，温度高的电子产品中，锂离子电池的寿命就会比较短。
锂离子电池不能够过度充电，即当电池电量充满之后最多再停留半小时左右，否则充电时间过长会使电池功能发挥不良，影响电池的寿命。锂离子电池不仅不耐受过充，也不耐受过放，过放电的时候，电极脱嵌过多锂离子，会缩短电池的寿命。此外，由于出厂新产品不同等等原因，使锂离子电池的回收也有一定的问题与困难。
循环性能对锂电池的重要程度无需多言，就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗，因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。
过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
2、正负极压实
正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能，从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、测试的客观条件
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素，都会或多或少影响循环性能测试结果，另外，不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同，统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。
4、负极过量
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量，对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的"短板"一方较为常见，若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。
5、涂布膜密度
单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务，膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异，对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环，考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度，所以，评估时也需要均衡考量。
6、材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素，选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证;选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱，从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的，材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。
7、电解液量
电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕，则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
