一、聊一聊鋰電池的那些事

在當(dāng)今世界里，鋰離子電池遍布在我們生活當(dāng)中，其應(yīng)用領(lǐng)域包括手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、智能手表、移動(dòng)電源(充電寶)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)公交車、旅游觀光車、無(wú)人機(jī)，以及其他各類電動(dòng)工具。作為眾多電子設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源，可以說，離開了鋰離子電池，當(dāng)今的世界將會(huì)不敢想象。那么，鋰離子電池到底是什么鬼？

一說到鋰離子電池的構(gòu)成，大家都知道鋰是必不可少的組成部分，沒錯(cuò)，就是我們化學(xué)課本元素周期表里的那個(gè)鋰。但一個(gè)完整的鋰離子電池可不光是只有鋰，下面我們就來(lái)跟大家聊聊鋰離子電池構(gòu)成的那些事。

鋰離子電池的基本構(gòu)成

鋰離子電池內(nèi)部需要包含幾種基本材料：正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、隔離膜、電解質(zhì)。那么這些材料都干嘛的呢？

正負(fù)極不難理解，要實(shí)現(xiàn)電荷移動(dòng)，就需要存在電位差的正負(fù)極材料，那么什么是活性物質(zhì)？我們知道，電池實(shí)際上是將電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，就需要正負(fù)極的材料很“容易”參與化學(xué)反應(yīng)，要活潑，要容易氧化和還原，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，所以我們需要“活性物質(zhì)”來(lái)做電池的正負(fù)極。

電解質(zhì)是干嘛的？通俗的講，就是游泳池里面的“水”，讓鋰離子能夠自由的游來(lái)游去，所以呢，離子電導(dǎo)率要高(游泳的阻力小)，電子電導(dǎo)率要小(絕緣)，化學(xué)穩(wěn)定性要好(穩(wěn)定壓倒一切啊)，熱穩(wěn)定性要好(都是為了安全)，電位窗口要寬。基于這些原則，經(jīng)過長(zhǎng)期的工程探索，人們找到了由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、和必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的電解質(zhì)。有機(jī)溶劑有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等材料。電解質(zhì)鋰鹽有LiPF6，LiBF4等材料。

隔離膜則是為了阻止正負(fù)極材料直接接觸而加進(jìn)來(lái)的，我們希望把電池做的盡可能的小，存儲(chǔ)的能量盡可能的多，于是正負(fù)極之間的距離越來(lái)越小，短路成為一個(gè)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。為了防止正負(fù)極材料短路，造成能量的劇烈釋放，就需要用一種材料將正負(fù)極“隔離”開來(lái)，這就是隔離膜的由來(lái)。隔離膜需要具有良好的離子通過性，主要是給鋰離子開放通道，讓其可以自由通過，同時(shí)又是電子的絕緣體，以實(shí)現(xiàn)正負(fù)極之間的絕緣。目前市場(chǎng)上的隔膜主要有單層PP，單層PE，雙層PP/PE，三層PP/PE/PP復(fù)合膜等。

二、新能源汽車

除了上面提到的4種主要材料之外，要想把鋰離子電池從實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)“實(shí)驗(yàn)品”變成一個(gè)可以商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品，還需要其他一些不可或缺的材料。

我們先看電池的正極，除了活性物質(zhì)之外，還有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以及用作電流載體的基體和集流體(正極通常是鋁箔)。粘結(jié)劑要把作為活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物均勻的“固定”在正極基帶上面，導(dǎo)電劑則要增強(qiáng)活性物質(zhì)與基體的電導(dǎo)率，以達(dá)到更大的充放電電流，集流體負(fù)責(zé)充當(dāng)電池內(nèi)外部的電荷轉(zhuǎn)移橋梁。

除了以上材料外，一個(gè)完整的鋰離子電池還包括絕緣片、蓋板、泄壓閥、殼體(鋁，鋼，復(fù)合膜等)，以及其他一些輔助材料。

既然我們是汽車頻道也要聊一些跟汽車有關(guān)的話題，目前市面上的電動(dòng)車采用的鋰電池主要分為三大類

磷酸鐵鋰電池--—代表車型：比亞迪E6

優(yōu)點(diǎn)：磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，要比低速電動(dòng)汽車使用的鉛酸電池高出10%，因此適合作為動(dòng)力電池使用。磷酸鐵鋰電池的安全性也很好，可以在390℃以內(nèi)的高溫下保持穩(wěn)定，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，可以輕松通過針刺實(shí)驗(yàn)。而且磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬，對(duì)人體沒有直接危害。磷酸鐵鋰電池使用壽命較長(zhǎng)。磷酸鐵鋰電池使用80%后進(jìn)行快充，可以安全達(dá)到4000至5000次，70%后，也可以保證7000—8000次，理論壽命可以達(dá)到7~8年。

缺點(diǎn)：相比于其他類型的動(dòng)力電池，磷酸鐵鋰電池價(jià)格較高，而且電池容量較小，同樣的電池容量，磷酸鐵鋰電池的重量更重、體積更大，嚴(yán)重影響了電動(dòng)車的續(xù)航。另外，磷酸鐵鋰電池報(bào)廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價(jià)值。

比亞迪E6

三元鋰電池--代表車型：特斯拉ModelS

優(yōu)點(diǎn)：三元鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，能量密度大，體積比能量較高，并且價(jià)格相對(duì)低廉。

缺點(diǎn)：并且無(wú)法通過針剌實(shí)驗(yàn)，表明三元電池在內(nèi)部短路、電池外殼損壞的情況下，很容易引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故。另外，由于材料本身的性質(zhì)，導(dǎo)致三元鋰電池在使用壽命上相對(duì)較短，同時(shí)，由于全球全球鎳、鈷資源緊張，其大量應(yīng)用可能導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格上漲，也會(huì)增加未來(lái)的用車費(fèi)用。

特斯拉ModelS

錳酸鋰電池--代表車型：?jiǎn)⒊匠匡L(fēng)

優(yōu)點(diǎn)：錳酸鋰電池?fù)碛休^好的安全性能，而且振實(shí)密度較大，同樣體積下電池中能裝下更多的物質(zhì)，擁有更高的電量。由于錳元素儲(chǔ)量高，資源豐富，生產(chǎn)制造錳酸鋰電池的成本也較低，能降低消費(fèi)者的購(gòu)車成本。

缺點(diǎn)：由于錳的本身性質(zhì)不太穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快。同時(shí)，不穩(wěn)定性也會(huì)使電池本身容易發(fā)生鼓脹。另外，與其他鋰離子材料相比，錳酸鋰電池的耐高溫性能也較差，相對(duì)壽命也會(huì)受到影響。

啟辰晨風(fēng)

sony在1992年開發(fā)出第一個(gè)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。由于鋰離子電池中不含有重金屬鉻，與鎳鉻電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。