鋰離子電池（Li-ion Batteries）是鋰電池發展而來。在介紹Li-ion之前，應先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬 于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝 完成后電池即有電壓，不需充電。這種電池也可能充電，但循環性能不好，在 充放電循環過程中，容易形成鋰枝晶，造成電池內部短路，所以一般情況下這 種電池是禁止充電的。

　　后來，日本索尼公司發明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電 池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過 電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極 的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣， 當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子 脫出， 又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。

　　我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在 Li-ion 的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。Li-ion Batteries 就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員 一樣在搖椅來回奔跑。所以 Li-ion Batteries 又叫搖椅式電池。

　　鋰離子電池的組成：

　　鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列：

　　（1）正極——活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（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、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

　　（2）隔膜——一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。

　　（3）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。

　?。?）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。

　　隔膜?Separator

　　目前?在制造鋰離子電池用的所有的原材料中?只有隔膜還需要進口?其余材料國內都有生產。所以?這里我們首先介紹以下有關隔膜的知識。

　　在鋰離子電池中，隔膜的作用是：

　　1、正極和負極隔開，避免兩個電極接觸因而發生短路;

　　2、給鋰離子提供足夠多的孔隙，使電池在充電時鋰離子從正極的活性材料解嵌出來，經過隔膜向負極流動;而在放電時則讓鋰離子從負極解嵌經過隔膜流向正極。為此，隔膜上要有空隙。

　　由于鋰離子電池不斷向大的容量，小型化和輕量化方向發展，因此要求隔膜要滿足下列要求：

　　從提高傳導鋰離子的能力上要求：

　　（1） 隔膜要有足夠大的空隙率，以利于鋰離子從孔隙中通過?孔隙率一般在30-60%?

　?。?） 隔膜材料對于電解質溶液具有一定的親合能力?以便容納電解質溶液，以上兩點都是為了降低電池的內阻?以有利于鋰離子流動，從而降低電池內阻；

　　從電池的安全性上要求：

　?。?） 孔隙不可過大，避免發生微短路；

　?。?） 有足夠大的抗穿刺的能力，避免被一些顆粒刺穿隔膜，引起局部短路；

　?。?） 隔膜材料具有足夠的化學穩定性，和電解液不發生化學作用；

　?。?） 隔膜要有閉合孔隙的功能（shutdown），在電池遇到意外事故而升溫時，隔膜的空隙受熱而熔化閉合，阻止鋰離子流動，亦即切斷了電流，防止有著火和爆炸等更大的事故發生；

　?。?） 隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能小；

　　從電池的容量考慮：

　　（8） 隔膜要盡可能薄以減少隔膜在電池內占有的空間;一般隔膜厚度在10-50μm，從保障安全考慮，鋰離子電池的容量越大，所使用的隔膜越厚。例如：一般手機用電池可以采用16μm的隔膜，18650電池采用25μm的隔膜，動力電池采用40μm的隔膜。

　　從加工性能上考慮：

　　（9）?有足夠大的拉伸強度，以便在組裝電池時隔膜不會被拉斷或撕裂。

　　制造鋰離子電池隔膜的難點在于?上述種種要求中有不少是相互矛盾的。例如：為了降低內阻，要求隔膜的孔隙率要高，但隔膜的孔隙率越高，隔膜的強度越差，越容易發生短路，同樣，為了提高容量，隔膜要盡可能薄，但越薄強度越差。

　　鋰離子電池的短路保護：

　　鋰離子電池由于材料體系及制成工藝等諸多方面因素的影響，存在發生內短路的風險。雖然鋰離子電池在出廠時都已經經過嚴格的老化及自放電篩選，但由于過程失效及其他不可預知的使用因素影響，依然存在一定的失效概率導致使用過程中出現內短路。對于動力電池，其電池組中鋰離子電池多達幾百節甚至上萬節，大大放大了電池組發生內短的概率。由于動力電池組內部所蘊含的能量極大，內短路的發生極易誘發惡性事故，導致人員傷亡和財產損失。

　　對于并聯的鋰離子動力電池模組，當其中一節或幾節電池發生內短時，電池模組中的其他電池會對其放電，電池組的能量會使內短電池溫度急速升高，極易誘發熱失控，最終導致電池起火爆炸。如示意圖1所示

　　圖1：模組中單節電池內短示意

　　常規的溫度探測在電池升溫時，雖然可以告知IC切斷主回路，但無法阻止并聯電池模組內部的持續放電， 并且由于主回路切斷，電池模組所有的能量都集中于內短路電池，反而增加了熱失控發生的幾率。

　　理想的方案是，在發現某節電池發生內短而升溫時，可以切斷該節電池與模組中其他電池的連接回路。如圖2所示，在單節電池上組裝TE PPTC或者MHP-TA系列產品，當內短路發生時TE保護器件可以有效地阻斷內短路電池與模組內其他電池的聯系，防止惡性事故的發生。對于單體電池數量大的動力電池組，配組時對電池及器件內阻一致性要求較高，而MHP-TA由于其內部雙金屬結構，器件電阻的一致性非常好， 可以極大地滿足對于電池內阻的要求。

　　圖2：電池內短路保護解決方案

　　鋰離子動力電池的系統組成及實際路況復雜，被動器件的防護是必不可少的。