锂电池种类与特点：现代车辆新能源节能技术

（1）锂电池的种类

根据锂电池所用电解质材料不同，可分为液态锂电池（Lithium Ion Battery，LIB）和聚合物锂电池（Polymer Lithium Ion Battery，PLIB）两大类。

液态锂电池与聚合物锂电池所用的正负极材料和液态锂离子相同，工作原理也基本一致。正极一般使用LiCoO₂，负极使用各种碳材料，如石墨，同时使用铝、铜作集流体。表7-2-1对两种锂电池的结构进行了对比分析。

表7-2-1 锂电池结构比较

液态锂电池与聚合物锂电池的主要区别在于电解质不同，液态锂电池使用的是液体电解质，而聚合物锂电池则使用固体聚合物电解质，这种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解质。

液态锂电池指Li⁺嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO₂、LNiO₂或LiMn₂O₄，负极采用锂-碳层间化合物Li_xC₆。

聚合物锂电池（Li-polymer，又称高分子锂电池），具有能量密度高、小型化、超薄化、轻量化和高安全性等多种特点。在形状上，聚合物锂电池具有超薄化特征，可配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量。在安全性上，外包装为铝塑包装，有别于液态锂电池的金属外壳，内部质量隐患可立即通过外包装变形表现出来，一旦发生安全隐患，不会爆炸，只会膨胀。

聚合物锂电池使用了胶体电解质，不会像液体电解液那样泄漏，因此装配很容易，使电池整体很轻、很薄，也不会产生燃烧、爆炸等安全问题，可用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而提高整个电池的比容量。聚合物锂电池还可采用高分子做正极材料，其能量密度会比目前的液态锂电池高50%以上。此外，聚合物锂电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂电池高。

聚合物锂电池主要的构造包括正极、负极和电解质。正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂电池所采用的无机化合物，电解质则可使用固态或胶态高分子电解质，或有机电解液。一般的锂电池使用液体或胶体电解液，因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分，这就增加了重量，也限制了尺寸。而聚合物锂离子电池中没有多余的电解液，因此更稳定，也不易因过量充电、碰撞或其他损害及过量使用而导致危险情况。

（2）聚合物锂电池的优势和劣势

聚合物锂电池可分为三类：

1）固体聚合物电解质锂电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温时使用。

2）凝胶聚合物电解质锂电池。即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，提高离子电导率，使电池可在常温下使用。

3）导电聚合物锂电池。采用导电聚合物作正极材料，其比能量是现有锂电池的3倍，是最新一代锂电池。(www.xing528.com)

聚合物锂电池的优势如下：

超薄，电池能组装到信用卡中。

质量轻，采用聚合物电解质的电池无需金属壳保护。

外形灵活，制造商不用局限于标准外形，能经济地做成合适的外形。

安全性能提升，过充更稳定，电解液泄漏的概率更低。

聚合物锂电池的局限性如下：

与一般锂电池相比，能量密度和循环次数都有下降。

制造成本很高。

没有标准外形，大多数电池为高容量消费市场而制造，价格/能量比较高。

（3）磷酸铁锂动力电池

磷酸铁锂动力电池的全名是磷酸铁锂电池，指正极材料为磷酸铁锂（LiFePO₄）的锂电池，属于锂电池中的新兴产品。与较早应用的LiCoO₂、LiMnO₄、LiNiMO₂等锂电池相比，磷酸铁锂电池在循环寿命和安全性等方面具有明显优势，目前已成为新能源汽车行业和轨道交通行业应用较多的电池产品。它的性能可满足多数动力性方面的应用需求，因此名称中包含“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池，也有人将其称为“锂铁动力电池”。

LiFePO₄在自然界以磷铁锂矿的形式存在，属于橄榄石形结构。LiFePO₄实际最大放电容量可达165mA·h/g，非常接近其理论容量，工作电压为3.2V左右。此外，LiFePO₄中的强共价键作用使其在充放电过程中能保持晶体结构的高度稳定性，因此具有比其他正极材料更高的安全性能和更长的循环寿命。LiFePO₄有原材料来源广泛、价格低廉、无环境污染、比容量高等优点，这使其成为现阶段各国研究的热点之一。

LiFePO₄正极材料常用的合成方法有高温固相法和水热法。此方法工艺简单，易实现产业化，但产物粒径不易控制，形貌也不规则，且在合成过程中需要惰性气体保护。水热法可在水热条件下直接合成LiFePO₄。氧气在水热体系中的溶解度很小，因此水热合成不再需要惰性气体保护，且产物的粒径和形貌均易于控制。目前，LiFePO₄正极材料的缺点主要是电导率低，有效的改进方法主要有表面包覆碳膜法和掺杂法。