1、锂离子电池的结构
表 3-3 锂离子电池性能参数对比
2、锂离子电池的工作原理
（1）放电过程
虽然锂离子电池种类繁多，但其工作原理大致相同。锂离子电池放电时，电子和锂离子 Li+ 同时运动，电子从负极经过外电路导体跑到正极， Li+ 从晶状体结构负极“脱 插”进入电解液里，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”嵌入正极晶体空隙，与外电路过 来的电子结合在一起，如图 3-6 所示。
图 3- 6 放电过程
（2）充电过程
充电时，晶状结构正极材料上的锂分成锂离子和电子，电子通过外部充电，电路跑到负极上， Li+ 从正极“脱嵌”进入电解液里，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“嵌入” 晶状体结构负极，与电子结合在一起。由于Li+ 从正极“脱嵌”，经过电解质插入负极，因此负极处于富锂状态，如图 3-7 所示。
图 3- 7 充电过程
3、锂离子电池的型号
不同的锂离子电池生产厂家有不同的命名规则，但通用型电池大都遵循统一的标准，根据 电池的名称就可以知道其尺寸等信息。IEC 规定，圆柱形和方形电池的型号命名规则如下：
（ 1 ）圆柱形电池
其型号用三个字母后跟五个数字表示。三个字母中，第一个字母表示负 极材料，其中 I 表示有内置的锂离子， L 表示锂金属或锂合金电极；第二个字母表示正极材料， C 表示钴， N 表示镍， M 表示锰， V 表示钒；第三个字母为 R，表示圆柱形。五个数字中， 前 两个数字表示直径，后三个数字表示高度，单位都为 mm。
（2 ）方形电池
其型号用三个字母后跟六个数字表示。三个字母中，前两个字母的意义和 圆柱形电池一样；后一个字母为 P，表示方形。六个数字中，前两个数字表示厚度，中间两个 表示宽度，后面两个表示高度（长度），单位也为 mm。
例如：ICR 18650 表示直径为 18mm、高度为 65mm 的圆柱形电池；ICP 053353 表示厚 度为 5mm、宽度为 33mm、高度（长度）为 53mm 的方形电池。锂离子电池实物型号标识如 图 3-8 所示。
图 3- 8 锂离子电池实物型号标识
4、锂离子电池的应用特性
（1）电压高
锂离子电池单体由于使用的正极材料不同，其额定电压也有所不同，最高可 达 3.8V。锂离子电池的电压是镍镉、镍氢电池的 3 倍，是铅酸电池的近 2 倍，这也是锂离子动 力蓄电池比能量高的一个重要原因。
组成具有相同电压的动力蓄电池组时，所使用的锂离子动力蓄电池的串联数目会大大少 于铅酸电池和镍氢电池。而动力蓄电池中单体电池数量越多， 电池组中单体电池的一致性要求 就越高，寿命就越难以控制。在实际使用过程中，当电池组发生故障时，一般是其中一两个单 体电池出现问题，然后导致整组电池出现问题。因此，不难理解 48V 的铅酸电池比 36V 的铅 酸电池故障率高的原因，从这个角度上来讲，锂离子电池更适合作为动力蓄电池使用。例如， 36V 的锂离子电池组只需要 10 个单体电池即可；而 36V 的铅酸电池组则需要 18 个单体电池， 即 3 个 12V 的电池组，而每个 12V 的铅酸电池组又由 6 个单体电池组成。
（2 ）能量密度大
比能量大，高达 150W ·h/kg，是镍氢电池的 2 倍，是铅酸电池的 4 倍。因此， 锂离子电池的质量是相同能量铅酸电池的 1/4~1/3。从这个角度来讲，锂离子电 池消耗的资源就少，而且锰酸锂电池中所使用元素的储量也比较多。其体积小，能量密度高 达 400W ·h/L，体积是相同能量铅酸电池的 1/3~1/2，提供了更合理的结构和更美观的外形设 计条件、设计空间。
（3 ）寿命长
锂离子电池的循环次数可达 1000 ~ 3000 次。以容量保持在 70% 计算，电 池组 100% 充放电循环次数可以达到 2000次以上，使用年限可达 5 ~ 8 年，寿命为铅酸电池的 2 ~ 3 倍。随着技术的革新，锂离子电池的寿命会越来越长，性价比将越来越高。
（4 ）应用范围宽
低温性能好，可在 −40 ~ 55℃之间工作。而水溶液电池（如铅酸电池、 镍氢电池）在低温时，由于电解液流动性变差，会导致性能大大降低。
（5 ）无记忆
每次充电前不需要放电，可以随时随地进行充电。电池充放电深度对电池的 寿命影响不大，可以实现全充全放。
（6）无污染
锂离子动力蓄电池中不存在有毒物质，因此被称为绿色电池，是国家重点扶 持项目。而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物质铅与镉，国家必然会加强其监管和治理，相 应企业的成本也会增加。虽然锂离子电池没有污染，但从资源节约的角度考虑，需要综合考虑 锂离子动力蓄电池的回收安全性以及回收成本问题。
（7 ）安全隐患
由于锂离子动力蓄电池的能量高、材料稳定性较差，故容易出现安全问 题。2013年，世界上知名的手机和笔记本电脑电池（正极材料为钴酸锂和三元材料）生产企业， 如日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷率控制在40 个ppb （十亿分之一）以下，国内公司基 本上能达到 ppm （百万分之一）级别。
（8 ）价格高
相同电压和相同容量的锂离子动力蓄电池的价格是铅酸电池的 3 ~ 4 倍。随 着锂离子动力蓄电池市场的扩大、成本的降低、性能的提高，以及铅酸电池价格的提高，锂离子动力蓄电池的性价比有可能会超过铅酸电池。
