锂离子电池是怎样成为当前电池界首选？

电池依据其正极资料、负极资料、电解液等角度可分为多品种型，锂离子电池是怎么从众多电池中脱颖而出成为当前电池界首选？这要从电池的各种功能目标说起。

1、电压(V)

电池的电压，分为端电压、作业电压、开路电压、额外电压、充电停止电压和放电停止电压等一些参数。电池正极和负极之间的电位差即为端电压，电池外部不接任何负载或电源时的端电压便是开路电压就，而电池外接负载或电源，处在作业状况，有电流流过时，丈量所得端电压叫做作业电压。电池充电状况时的电压极限值便是充电停止电压，放电状况时的电压极限值是放电停止电压，也便是指电池所允许到达的最高和最低电压。因为电池内阻的存在，放电状况时的作业电压低于开路电压，充电时的作业电压高于开路电压。若电池端电压超过此极限电压，则会导致电池功能下降、对电池发生不可逆的危害，严重时乃至会构成起火爆炸等事端。

电池的电压只与电极活性物质的品种有关，而与活性物质的数量无关。电池电压本质上是直流电压，但在某些特殊条件下，电极反应所引起的金属晶体或某些成相膜的相变会构成电压的微小波动，这种现象称为噪声。波动的起伏很小但频率规模很宽，故可与电路中自激噪声相区别。

电池的开路电压和作业电压，与电池的容量存在必定的对应关系。

钴酸锂锂离子电池的作业电压为3.6V，锰酸锂锂离子电池的作业电压为3.7V，磷酸铁锂锂离子电池的作业电压为3.2V，而镍氢、镍镉电池的作业电压仅为1.2V。

2、电池容量(Ah)

容量是指电池在规划规则放电条件下(如温度、放电率、停止电压等)所释放出的电荷量Q=It，即电池容量是放电电流(A)与放电时刻(h)的乘积，单位为A?h(安培?小时)或mA?h(毫安?小时)。容量又可以分为理论容量、标称容量与额外容量。额外容量是指满充的电池在实验室条件下(比较抱负的温湿度环境)，以某一特定的放电倍率(C-rate)放电到截止电压时，所可以供给的总的电量，可依据电池反应式中电极活性物质的用量和按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量精确求出。但因为电池中或许发生的副反应以及规划时的特殊需求，实践容量一般都不等于额外容量。它与温度、湿度、充放电倍率等条件的改变直接相关，一般情况下，实践容量比额外容量偏小一些，有时乃至比额外容量小许多。

容量受放电率的影响较大,所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率,如C20=50，标明在20时率下的容量为50安˙小时。

3、电池能量和能量密度：越高越好

电池的能量是指在必定放电准则下，电池所能输出的电能，能量(Wh)=电压(V)×电池容量(Ah)。能量密度是指单位质量或单位体积的电池可以存储和释放的电量，相应的也被称为质量比能量或体积比能量。这儿的电量，是上面提到的容量(Ah)与作业电压(V)的积分。假如是单位体积，即体积能量密度(Wh/L)，许多当地直接简称为能量密度，假如是单位质量，便是质量能量密度(Wh/kg)，许多当地也叫比能量。其中能量密度这个目标比容量更具有指导性意义。以特斯拉为例，其比能量为(Wh/L)，能量密度为(Wh/kg)。

锂离子电池正极资料的理论比能量可达200以上，实践运用中因为不可逆容量丢失，比能量一般低于这个数值，但也可达140，该数值仍为镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。

电动汽车领域，在体积和重量都遭到严厉约束的情况下，电池的能量影响电动汽车的行进距离，电池的能量密度决议了电动汽车的单次最大行进路程，电池的质量比能量影响电动汽车的整车质量和续驶路程，而体积比能量影响到电池的布置空间。假如要使得电动汽车的单次行进路程到达500公里(与传统燃油车相当)，电池单体的能量密度必须到达300Wh/kg以上。

依据16年发布的“节能与新能源汽车技术路线图”，咱们可以大约对动力电池发展趋势有一个概念，下图所示，到2020年，纯电动汽车电池单体比能量要到达350Wh/kg。

4、电池功率与功率密度：越高越好

功率是指在必定的放电准则下，单位时刻内电池输出的能量，单位为W或kW。

功率密度又称比功率，是单位质量或单位体积电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。比功率是评价电池是否满意电动汽车加快和爬坡才能的重要目标。

比能量和比功率的概念需重点区别。比能量高的动力电池耐力好，可以长时刻作业，确保汽车续航路程长;比功率高的动力电池速度快，可以供给很高的瞬间电流，确保汽车加快功能好;

5、输出功率

电池实践上是一个能量存储器，充电时把电能转变为化学能贮存起来，放电时再把化学能转变为电能释放出来，供用电装置运用。电池的输出功率一般用容量功率和能量功率来表明。电池的容量功率指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比，电池的能量功率指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。一般，电池的能量功率为55——75%，容量功率为65——90%。对电动汽车而言，能量功率是比容量功率更重要的一个评价目标。

6、充放电速率

电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到停止电压的时刻来表明。充放电速率有时率和倍率两种表明法。时率是以充放电时刻表明的充放电速率，数值上=电池的额外容量(Ah)/规则的充放电电流(A)所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表明法，指在规则时刻内放出其额外容量(Q)时所需求的电流值，它在数值上等于电池额外容量的倍数。其数值为时率的倒数，即：充放电电流(A)/额外容量(Ah)，其单位一般为C(C-rate的简写)，“C”是描述电池充放电电流巨细的专用符号，1C放电就代表1小时内把电池从满电放到空的电流巨细。如0.5C，1C，5C等.充放电倍率对应的电流值乘以作业电压，就可以得出电池的接连功率和峰值功率目标。放电倍率是这个目标会影响电池作业时的接连电流和峰值电流，电池的充放电倍率，决议了咱们可以以多快的速度，将必定的能量存储到电池里边，或许以多快的速度，将电池里边的能量释放出来,标准越高越好。充放电倍率目标定义的越具体，关于运用时的指导意义越大。尤其是作为电动交通工具动力源的锂离子电池，需求规则不同温度条件下的接连和脉冲倍率目标，以确保锂离子电池运用在合理的规模之内。

比亚迪e6电动汽车中运用的每颗电池容量是200AH，则这个电池1C放电电流便是200安培。一个电池假如用高倍率放电，一般放出的能量比低倍率少。以容量为24Ah电池举例来说：用48A放电，其放电倍率为2C，反过来讲，2C放电，放电电流为48A，0.5小时放电结束;用12A充电，其充电倍率为0.5C，反过来讲，0.5C充电，充电电流为12A，2小时充电结束。

7、寿数：越长越好

在说寿数前，需求先了解荷电状况和放电深度两个概念。

荷电状况(%)SOC，全称是StateofCharge，也叫剩余电量，代表的是在必定放电倍率下，电池放电后剩余容量与其完全充电状况的容量的比值。荷电状况值是个相对量，一般用百分比的方式来表明，SOC的取值为：0≤SOC≤100%。当SOC=0时表明电池放电完全，当SOC=1时表明电池完全充溢。电池办理体系(BMS)便是首要通过办理SOC并进行估算来确保电池高效的作业，所以它是电池办理的核心。

放电深度(%)DOD，DepthofDisge，是放电容量与额外容量之比的百分数，与SOC之间存在如下数学计算关系：DOD=100%/SOC。

咱们平常用来评价电池功能所说的电池寿数，可分为循环寿数和日历寿数两个参数。

循环寿数是电池在满意规则条件——抱负的温度湿度、额外的充放电电流(比如1C放电，0.3C充电)、进行深度的充放电(从0%充放到100%DOD或许80%DOD)，计算电池容量衰减到额外容量的80%时所阅历的循环次数。现在，锂离子电池在深度放电情况下，循环次数可达1000次以上;在低放电深度条件下，循环次数可达上万次，其功能远远优于其他同类电池。

循环次数越多，动力电池的运用时刻越长。现在常见锂电池可循环500次，依据不同资料制作的锂电池充放电次数从300-3000次不等。充放电次数和运用习惯有很大关系。

(1)充放电强度对循环次数的影响

工厂标示：每次从0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰减到80%，这是最苛刻的测验循环，也可以不这么严厉，看下面

假如每次电量的循环都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰减到80%

假如每次电量的循环都在50%-100%，1C放，0.3充，1800次后容量衰减到80%

(2)浅充浅放对寿数的影响

工厂标示：每次从0%充放到100%，1C放，0.3C充，500次后容量衰减到80%，是最苛刻的测验循环，也可以不这么严厉，看下面

每次电量的循环都在25%-75%，1C放，0.3C充，2000次后容量衰减到80%

每次电量的循环都在50%-100%，1C放，0.3充，1800次后容量衰减到80%

以上两个例子可看出充放电的倍率越小、越有利于寿数进步;浅充浅放也有利于寿数进步。

电池在日常运用中不或许一直在充放电，也不或许一直处于抱负环境，温湿度条件会有改变，充放电的倍率也是时刻在改变的。日历寿数便是电池在运用环境条件下，通过特定的运用工况，到达寿数停止条件(比如容量衰减到80%)的时刻跨度。日历寿数与具体的运用要求是紧密结合的，一般需求规则具体的运用工况，环境条件，存储间隔等。日历寿数比循环寿数更具有实践意义，但因为日历寿数的测算非常复杂，而且耗时太长，所以一般电池厂家只给出循环寿数的数据。

别的还有一种标准贮存寿数，它是指从电池制成到开始运用之间允许存放的最长时刻，以年为单位。包括贮存期和运用期在内的总期限称电池的有效期。

8、内阻：越小越好

电池的内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所遭到的阻力。因为电池内阻的效果，电池放电时端电压低于电动势和开路电压，充电时充电的端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻直接影响电池的作业电压、作业电流、输出能量与功率等，关于一个有用的化学电源，其内阻越小越好。

电池内阻不是常数，在放电进程中因为活性物质的组成、电解液浓度和温度的改变以及放电时刻而改变。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，两者之和称为电池的全内阻。欧姆内阻由电极资料、电解质、隔膜电阻及各部分零件的触摸电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极极化和浓差极化引起的电阻。极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。极化内阻与活性物质的本性、电极的结构、电池的制作工艺有关，尤其与电池的作业条件密切相关，放电电流和温度对其影响很大。

内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ)，随负载轻重、温度等要素随时改变，跟着电池寿数减少，内阻也在逐渐增大。内阻大的电池，在充放电的时分，内部功耗大，发热严重，会构成电池的加快老化和寿数衰减，同时也会约束大倍率的充放电运用。因此内阻越小的电池越可以高倍率充放电，电池寿数也会更好。18650的一般电池内阻在50mΩ左右，动力型的18650电池在15mΩ左右。想知道内阻多大需求用专用的设备丈量，一般万用表不行。

可以看出，电池实践容量Quse<电池理论上的最大化学容量Qmax。因为电阻的存在，电池的实践容量会下降。咱们也可以看到，电池实践容量Quse取决于两个要素：放电电流I与电池内阻Rbat的乘积，以及放电停止电压EDV是多少。需求指出的是电池内阻Rbat会跟着电池的运用而逐渐增大。

9、自放电率

电池自放电，是指在开路静置进程中其容量下降的现象，又称电池的荷电坚持才能。电池在存放进程中在没有负荷条件下电容量自行丢失的速率称为自放电率，用单位贮存时刻内自放电丢失的容量占贮存前容量的百分数表明。，一般以表明为%/月。

一般而言，电池自放电首要受制作工艺、资料、贮存条件的影响。自放电按照容量丢失后是否可逆划分为两种：容量丢失可逆，指通过再次充电进程容量可以康复;容量丢失不可逆，表明容量不能康复。这儿需求特别注意，一旦电池的自放电导致电池过放，其构成的影响一般是不可逆的，即使再充电，电池的可用容量也会有很大丢失，寿数会快速衰减。所以长期放置不用的电池，必定要记得定期充电，避免因为自放电导致过放，功能遭到很大影响。

现在对电池自放电原因研究理论比较多，总结起来分为物理原因(存储环境，制作工艺，资料等)以及化学原因(电极在电解液中的不安稳性，内部发生化学反应，活性物质被耗费等)，电池自放电将直接下降电池的容量和贮存功能。这是咱们不期望看到的，一个充溢电的电池，放个几个月，电量就会少许多，所以咱们期望电池的自放电率越低越好。锂离子电池月自放电率仅为总电容量的5——9%，大大缓解了传统的二次电池放置时由自放电所引起的电能丢失问题。

10、作业温度规模

一般电池的温度可分为作业温度和贮存温度两种。作业温度是指电池在充放电进程中需坚持在一个合理的作业温度规模，假如超出了合理的规模运用，会对电池的功能构成较大的影响。

不同资料的电池，其作业温度规模也是不一样的，有些具有良好的高温功能，有些则可以习惯低温条件。电池的作业电压、容量、充放电倍率等参数都会跟着温度的改变而发生非常显著的改变。长时刻的高温或低温运用，也会使得电池的寿数加快衰减。

除了作业温度有约束之外，电池的存储温度也是有严厉约束的，长期高温或低温存储，都会对电池功能构成不可逆的影响。

11、电池共同性

动力电池组的功能决议于电池单体的功能，但绝不是单体电池功能的简略累加。选用相同资料、相同工艺出产的电池内部结构和材质不完全共同，本身存在必定功能差异。即使是同一标准型号的电池单体在成组后，电池组在电压、容量、内阻、寿数等功能有很大的差别，初始的不共同跟着电池在运用进程中接连的充放电循环而累计，再加上电池组内的运用环境关于各单体电池也不尽相同，导致各单体电池状况发生更大的差异，在运用进程中逐渐扩大，从而在某些情况下使某些单体电池功能加快衰减、寿数缩短，终究引发电池组过早失效。功能目标往往达不到单体电池的原有水平。在电动汽车上运用时，容量、内阻、充放电曲线上的共同性越高越好。电池组规模越大对共同性要求越高。

除了要求在出产和配组进程中，严厉控制工艺和尽量坚持单体电池的共同性外，现在行业普遍选用带有均衡功能的电池办理体系来控制电池组内电池的共同性，以延伸产品的运用寿数。

12、化成

电池制成后，需求对电芯进行小电流充电，将其内部正负极物质激活，在负极表面构成一层钝化层——SEI(solidelectrolyteinterface)膜，使电池功能更加安稳，电池通过化成后才能体现其真实的功能，这一进程称为化成。

化成进程中的分选进程可以进步电池组的共同性，使终究电池组的功能进步，化成容量是筛选合格电池的重要目标。

电动汽车动力电池的功能好坏首要取决于：比能量(wh/kg)、比功率密度(wh/l)、比功率(w/kg)、循环寿数等。除此之外也要考虑电池的成本及环保等要素。相关于传统的铅酸电池、镍镉电池乃至镍氢电池废弃或许构成的环境污染问题，锂离子电池中不包括汞、铅、镉等有害元素，是真实意义上的绿色电池。综合以上结果，就现在可运用量产电池来说，锂离子电池理所应当成为动力电池首选。