鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌來工作。電池具有能量密度高、占地面積小、循環壽命長等優點，在生活中得到了廣泛的應用。本文以鋰電池為例，全面講解鋰電池的工作原理、結構和應用。

鋰離子電池的主要組成

鋰電池結構示意圖

1

正極

活性物質一般是鈷酸鋰或者 錳酸鋰 ，鎳鈷錳酸鋰等材料，電動車則普遍是用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本過高而逐漸淡出視野，導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

2

負極

活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

3

隔膜

正負極之間有—種經特殊成型的高分子薄膜 ，薄膜有微孔結構，使正負極隔離，防止電子穿過，同時又能使鋰離子順利通過。

4

有機電解液

溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。

5

電池外殼

分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。

鋰電池工作原理

1

鋰電池充電過程

電池的正極由鋰離子生成，生成的鋰離子從正極“跳進”電解液里，通過電解液“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，運動到負極，與早就通過外部電路跑到負極的電子結合在一起。

●正極上發生的反應為：**LiCoO2==充電==Li1-xCoO2+Xli++Xe(電子)**

●負極上發生的反應為：6C+XLi++Xe→LixC6

在充電的過程中，Li+從正極LiCoO2中脫出，進入電解液，在充電器附加的外電場作用下向負極移動，依次進入石墨或焦炭C組成的負極，在負極形成LiC化合物。

2

鋰電池放電過程

放電時電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路徑不同，電子從負極通過外部電路跑到正極；鋰離子Li+從負極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達正極，與早就跑過來的電子結合在一起。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。

鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流充電階段和恒壓電流遞減充電階段。

鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。

鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。一般60%DOD是100%DOD條件下循環壽命的2~4倍。

鋰離子電池主要性能指標

1

電池的容量

電池容量是 在一定條件下 （放電率、溫度、終止電壓等）放出的電量，通常以mAh、Ah(1Ah=1000mAh)為單位。其有額定容量和實際容量之分。電池的額定容量是指電池在環境溫度為20℃±5℃條件下， 以5h率放電至終止電壓時所應提供的電量 ，用C5表示。電池的實際容量是指電池 在一定的放電條件下所放出的實際電量 ，主要受放電倍率和溫度的影響。如下圖為磷酸鐵鋰電池在不同倍率下的放電電壓與容量關系曲線：

（不同放電電流與容量的關系曲線圖）

從上圖中可以看出，電池放電電流的大小會直接影響到電池的實際容量。 放電電流越大，電池容量相應減小 ，這表明放電電流越大，到達終止電壓經歷的時間越短。所以談到電池容量時，應指明其放電電流(放電倍率)。

2

電池內阻

電池內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力。由歐姆內阻與極化內阻兩部分組成。 電池內阻值大，會導致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短 。內阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結構等因素的影響。電池內阻是衡量電池性能的一個重要參數。

3

電壓

開路電壓是指電池在非工作狀態下即電路中無電流流過時，電池正負極之間的電勢差 。一般情況下，鋰離子電池充滿電后開路電壓為4.1—4.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。通過對電池的開路電壓的檢測，可以判斷電池的荷電狀態。

工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。 在電池放電工作狀態下，工作電壓低于開路電壓，充電時則與之相反。鋰離子電池的放電工作電壓在3.6V左右。

4

放電平臺時間

放電平臺時間是指在電池滿電情況下， 以制定的放電條件(如倍率和溫度等)放電至某電壓的放電時間。 例如：對某三元電池測量其3.6V的放電平臺時間，以恒壓充到電壓為4.2V，并且充電電流小于0.02C時停止充電即充滿電后，擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時的放電時間即為該電流下的放電平臺時間。這段時間越長，表明電池放電平臺越高，即該電池性能越好。

5

充放電倍率

充放電倍率是 指電池在規定的時間內放出其額定容量時所需要的電流值 ，1C在數值上等于電池額定容量，通常以字母C表示。如電池的標稱額定容量為10Ah，則10A為1C（1倍率），5A則為0.5C，100A為10C，以此類推。

鋰離子電池的充放電倍率性能主要與鋰離子電池的電極材料和電解質有關。 電極材料的類型、結構、尺寸和表面電阻會直接或間接影響電極的內阻 ，進而對鋰離子電池的倍率性能產生影響。電解質的鋰離子傳導能力和電化學窗口會影響電池的嵌鋰程度、循環性能和安全性能。

6

自放電率

電池的自放電現象是指電池處于開路擱置時，其容量自發損耗的現象，也稱為荷電保持能力。 自放電一般可分為兩種：可逆自放電和不可逆自放電。損失容量能夠可逆得到補償的為可逆自放電，其原理跟電池正常放電反應相似。損失容量無法得到補償的自放電為不可逆自放電，其主要原因是電池內部發生了不可逆反應，包括正極與電解液反應、負極與電解液反應、電解液自帶雜質引起的反應，以及制成時所攜帶雜質造成的微短路引起的不可逆反應等。

7

效率

充電效率是指電池在充電過程中所消耗的電能轉化成電池所能儲存的化學能程度的量度。 主要受電池工藝，配方及電池的工作環境溫度影響，一般環境溫度越高，則充電效率要低。

放電效率是指在一定的放電條件下放電至終點電壓所放出的實際電量與電池的額定容量之比 ，主要受放電倍率，環境溫度，內阻等因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低，放電效率越低。

Part.3

循環壽命

隨著鋰離子電池充電、放電，電池容量降低到額定容量的 70％ 時，所獲得的充放電次數稱為循環壽命。鋰離子電池循環壽命一般要求大于500次。

隨著電動交通工具在性能上和節能環保上的要求不斷提高，鋰離子電池也迎來了它的高速增長期。幾乎所有的電動交通工具的都用鋰電池來作為電源供給， 如何延長電池的使用壽命，提高充電效率， 充分的發揮鋰電池的供給性能成為了廠商需要亟待解決的一大難題。

CDY-C系列鋰電池充電機

CDY-C系列便攜鋰電池充電機，可實現對動力電池整個充電過程的智能化控制，具有功率因數高、諧波小、效率高、輕便便攜等特點；具備 全自動、恒壓、恒流、涓流充，充滿自動關斷 ，帶有多種擴展通訊接口（RS232、RS485、CAN、USB）。廣泛應用于叉車/牽引車/觀光車/清掃車/巡邏車/船舶等領域。