高品质的锂离子电池需要具备哪些条件

　　高品质的锂离子电池需要具备哪些条件？通常来说，寿命长，能量密度高，安全性能可靠是衡量一款高品质锂离子电池的必备条件，锂离子电池是目前已应用到日常生活中的方方面面，但是生产厂家或者品牌的不同，锂离子电池的使用寿命和安全性能都存在一些差异，这些着跟生产工艺标准，和生产材料有很大关系；以下这些条件想必是高品质锂离子必须具备的条件；

　　1.使用寿命长

　　二次电池寿命，包括循环寿命和日历寿命两个指标。循环寿命是指电池经历了厂家承诺的循环次数后，剩余容量仍然大于等于80%。日历寿命是指无论使用与否，在厂家承诺的时间段内，其剩余容量不得小于80%。

　　寿命，是动力锂电池的关键性指标之一，一方面，更换电池这个大动作确实麻烦且用户体验不好；另一方面，根本上，寿命是成本问题。

　　锂离子电池寿命是指电池在使用过一段时间后，容量衰减为标称容量（室温25℃，标准大气压，且以0.2C放电的电池容量的70%），即可认为寿命终止。行业内一般以锂离子电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。在使用的过程中，锂离子电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量下降，比如电解液的分解，活性材料的失活，正负极结构的坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。实验标明，更高倍率的放电会导致容量更快的衰减，假如放电电流较低，电池电压会接近平衡电压，能释放出更多的能量。

　　三元锂离子电池的理论寿命约为800次循环，在商业化的可充电锂离子电池中属于中等。磷酸铁锂约为2000次，而钛酸锂据说可以达到1万次循环。目前主流的电池厂家在其生产的三元电芯规格书中承诺大于500次（标准条件下充放电），但是电芯在配组做成电池包后，由于一致性问题，重要是电压和内阻不可能完全相同，其循环寿命大约为400次。推荐SOC使用窗口为10%~90%，不建议进行深度充放电，不然会对电池的正负极结构造成不可逆的损伤，若是以浅充浅放来计算的话，循环寿命至少有1000次。另外，锂离子电池若是经常在高倍率和高温环境下放电，电池寿命会大幅下降到不足200次。

　　2.少维护，使用成本较低

　　电池本身每度电的价格低，是最直观的成本。加上前面所说，对用户来说，成本是否真的低，还要看”全生命周期度电成本”。

　　”全生命周期度电成本”，动力锂电池总电量乘以循环次数得到电池全生命周期可以利用的电量总和，用电池包总体价格除以这个总和，得到全生命周期内每度电的价格。

　　我们平时所说的电池价格，比如1500元/kWh，都只是按照新电芯的总能量去计价，其实，全生命周期度电成本，才是终端客户的直接利益所在。最直观的结果就是，同样的价格买到同样电量的两个电池包，一个充放50次就到了寿命终点，另一个充放了100次还能再用。这两个电池包，那个便宜哪个贵就一目了然了。

　　说白了就是寿命长，耐用，降低了成本。

　　除了上面的两种成本，电池的维护成本也要考虑。单纯考虑前期成本，选用问题电芯，后期维护成本及人工成本太高。针对电芯本身的维护，重要指手动均衡。BMS自带的均衡功能受限于自身设计均衡电流的大小，可能无法实现电芯之间的理想均衡，随着时间的积累，电池组中就会出现压差过大问题。遇到此类情形，只得进行手动均衡，对电压过低的电芯单独充电。这种情形出现的频率越低，则维护成本越低。

　　3.能量密度高/功率密度高

　　能量密度，指单位重量或者单位体积内包含的能量；电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。

　　电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度。

　　功率密度是指单位重量或者体积对应的最大放电功率的数值。在道路车辆有限的空间内，只有通过提高密度才能有效提高总体能量和总体功率。加之，当前的国家补贴，把能量密度和功率密度作为衡量补贴档次的门槛，更加强化了密度的重要性。

　　但能量密度与安全性之间，存在着一定的矛盾关系，随着能量密度的提高，安全性总会面对更新更艰巨的挑战。

　　4.电压高

　　由于负极材料基本都采用石墨电极，锂离子电池的电压重要的由正极材料的材料特性决定，磷酸铁锂电压上限3.6V，三元锂和锰酸锂离子电池最高电压4.2V左右（下篇讲解为何锂离子电池最高电压不能突破4.2V）。研发高电压电芯，是锂离子电池提高能量密度的一条技术路线。提高电芯输出电压，要电势高的正极材料，电势低的负极材料和稳定电压高的电解液。

　　5.能量效率高

　　库伦效率，也叫充电效率，是指电池放电容量与同循环过程中充电容量之比。即放电比容量与充电比容量之百分比。

　　关于正极材料来说，是嵌锂容量/脱锂容量，即放电容量/充电容量;关于负极材料来说，是脱锂容量/嵌锂容量，即放电容量/充电容量。

　　在充电过程中电能转换成化学能，放电过程中化学能转化为电能，两次转化过程中电能的输入与输出存在一定的效率，该效率直接反映电池性能的好坏。

　　在专业物理学角度，库伦效率和能量效率不相同的，一个是电量之比，一个是做功之比。

　　蓄电池的能量效率与库伦效率，但从数学表达式上看，两者之间有一个电压的关系。充放电的平均电压不相等，放电平均电压一般小于充电平均电压

　　通过电池的能量效率可以判断电池的性能，由能量守恒可知，损失的电能重要转变成热能，因而能量效率可以分析电池在工作过程中出现的热量，进而可以分析内阻与热量的关系。并且已知能量效率可以预测电池剩余能量的多少，对电池的合理使用进行管理。

　　因为输入的电量往往不能全部用来将活性物质转换为充电态，而是有部分被消耗，(例如发生不可逆的副反应），因此库伦效率往往小于100%。但就目前的锂离子电池而言，库伦效率基本都能达到99.9%及以上。

　　影响因素：电解质分解，界面钝化，电极活性材料的结构、形态、导电性的变化都会降低库伦效率。

　　另外，值得一提的是，电池衰减对库伦效率的影响不大，而且与温度方面关系不大。

　　电流密度反映的是单位面积通过的电流大小，随着电流密度的增大，电堆通过的电流增大，电压效率由于内阻的原因而降低，库伦效率由于浓差极化等原因而降低，最终导致能量效率降低。

　　6.高温性能好

　　锂离子电池高温性能良好，指电芯处在较高的温度环境中，电池正负极材料，隔膜和电解液还能够保持良好的稳定性，在高温下能够正常工作，寿命不会加速衰减，高温不容易引起热失控事故。

　　锂离子电池的温度显示了显示了电池的热状态，其中所存在的本质是锂离子电池产热和传热的结果。研究锂离子电池的热特性，及其在不同状态下的产热和传热特性，能够让我们认识到锂离子电池内部发生放热化学反应的重要途径。

　　锂离子电池的不安全行为，包括电池在过充过放、快速充放电、短路、机械滥用条件和高温热冲击等情况，容易触发电池内部的危险性副反应而出现热量，直接破坏负极和正极表面的钝化膜。

　　当电芯温度上升到130℃以后，负极表面的SEI膜分解，导致高活性锂碳负极暴露于电解液中发生剧烈的氧化还原反应，出现的热量使电池进入高危状态。

　　当电池内部局部温度升高到200℃以上时，正极表面钝化膜分解正极发生析氧，并继续同电解液发生剧烈反应出现大量的热量并形成高内压。当电池温度达到240℃以上时，还伴随锂炭负极同粘结剂的剧烈放热反应。

　　锂离子电池的温度问题关于锂离子电池的安全性有很大的影响。使用的环境本身也是有一定的温度的，而锂离子电池在使用的时候也会出现温度。重要的是，温度会对锂离子电池内部的化学反应出现较大的影响，温度过高甚至会损害锂离子电池的使用寿命，严重的情况下会引发锂离子电池的安全问题。

　　7.低温性能好

　　锂离子电池低温性能好，指低温下，电池内部的锂离子和电极材料还都保持较高活性，剩余容量高，放电能力衰减少，允许充电倍率大。

　　随着温度的下降，锂离子电池剩余容量衰减成加速形势。温度越低，容量衰减越快。低温下强行充电的危害极大，非常容易引起热失控事故。低温下锂离子和电极活性物质活力下降，锂离子嵌入负极材料内部的速率严重下降。外加电源以超过电池允许的功率充电时，大量锂离子堆积在负极周围，来不及嵌入电极的锂离子得电子后直接沉积在电极表面，形成锂单质结晶。枝晶生长，直接穿透隔膜，刺向正极。引发正负极短路，进而导致热失控的发生。

　　除了因为放电容量会严重衰退外，低温下也不能对锂离子电池进行充电。在低温充电时，电池石墨电极上的锂离子的嵌入和镀锂反应是同时存在的且相互竞争。低温条件下锂离子在石墨中的扩散被抑制，电解液的导电率下降，从而导致嵌入速率降低而在石墨表面上会使镀锂反应更容易出现。锂离子电池在低温下使用时寿命下降的原因重要有内部阻抗的新增与锂离子析出使容量衰减。

　　8.安全性好

　　锂离子电池的安全性，既包括内部材质的稳定性，又包括电芯安全辅助措施的有效性。内部材质安全性指正负极材料、隔膜和电解液，热稳定性好，电解液与电极材料相容性好，电解液自身阻燃性好。安全辅助措施，指电芯的安全阀设计，熔断器设计，温度敏感电阻设计，灵敏度适当，单个电芯故障后，可以防止故障蔓延起到隔离用途。

　　9.一致性好

　　通过”木桶效应”我们了解到电池一致性的重要性。一致性，指应用于同一个电池包的电芯，容量、开路电压、内阻、自放电等参数极差小，性能近似。自身具有优异性能的电芯单体，假如一致性不好，成组后，往往其优异性都被抹平。有研究表明，成组后电池组容量由最小容量电芯决定，电池包寿命小于寿命最短电芯寿命。