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撰稿人：利来·国际APP动力iYPOWER技术团队 时间：2014.10 地点：深圳 锂电池产品已经应用到了利来·国际APP生活的各个领域，消费类的产品如：手机、平板、笔记本电脑、数码相机、穿戴产品、移动电源、蓝牙耳机等，动力类产品如：电动汽车、电动自行车、机器人、电动工具等，储能产品如：储能电站、后备电源、UPS/DPS、太阳能路灯等，还有医疗产品、军用设备等各个领域的应用需求。
每个领域对锂电池的需求都不一样，像手机更多的要求是续航和体积，电动汽车更多的要求是安全和续航，航模和无人机更多的要求是放电倍率等。 利来·国际APP深圳利来·国际APP动力有限公司（SHENZHEN iYPOWER CO., LTD.）专注锂电池行业多年，利来·国际APP的技术人员对锂电池和锂电池应用研究深刻。凭借的专业技术和服务在工业锂电池定制服务领域树立了很好的口碑。锂电池的任何需求或任何问题都可以咨询利来·国际APP动力iYPOWER（ tywqzx.com.cn ）。上一张利来·国际APP公司的产品图。 
利来·国际APP也要求利来·国际APP的工程师专门针对锂电池方面的基础知识做了一个总结，力求通俗易懂，更复杂和更深入分析和学习可以咨询利来·国际APP。 主要为以下几个主题：
1. 什么是锂电池
2. 什么是动力锂电池
3. 锂电池的构成
4. 锂电池工作原理
5. 锂电池优缺点
6. 锂电池分类
7. 锂电池命名规则
8. 锂电池常见术语
9. 各类动力锂电池对比
10. 电动汽车锂电池对比（比亚迪VS特斯拉）
11. 锂电池基本工艺
12. 锂电池串并联
13. 锂电池保护和管理系统
14. 锂电池充电要求
15. 锂电池的安全性问题
16. 锂电池使用的误区及建议
17. 锂电池发展趋势 1. 什么是锂电池
锂电池就是利来·国际APP手机或电动汽车等在应用的电池。英文：Lithium Battery
如果更专业的解释就是“一类由锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解液溶液的电池，可以多次循环使用的二次充电电池。”
锂电池大致可以分为两类：锂离子电池和锂金属电池。利来·国际APP大量使用的都是锂离子电池，后来也开始出现一种安全性、比容量、性价比更高的锂金属电池。锂离子电池不含金属态的锂，并且是可充电。本文说的锂电池主要是指锂离子电池。 锂电池的构成主要由两部分构成，电芯和管理系统（简单的管理系统也称为保护板），电芯相当于锂电池的心脏，电池管理系统相当于锂电池的大脑。
电芯的英文：Cell，电池管理系统的英文：BMS（Battery Management System），保护板的英文：PCM（Protection Circuit Modules） 锂电池的一定要搭配合适的电池管理系统采用使用，否则非常危险。带有锂电池管理系统的锂电池组利来·国际APP一般称为锂电池PACK。
2. 什么是动力锂电池
动力锂电池是动力电池的一种类型，是指应用在动力驱动系统上的蓄电池，它是相对于消费类的锂电池来说的，比如电动汽车锂电池、电动自行车锂电池、AGV机器人锂电池、电动工具锂电池等，更宽泛的情况有时也把储能锂电池也归为动力电池。
相对于普通的锂电池，动力锂电池的要求一般更为特殊，高的能量密度，高的体积能量比，宽的温度范围，支持高倍率放电，循环寿命更长，更安全。 3. 锂电池的构成
锂电池电芯主要由四部分构成，正极材料、负极材料、电解液、隔膜。
锂电池PACK主要由两部分构成，电芯、电池管理系统。 电芯的结构如下图所示：
锂电池PACK的结构如下图所示： 
锂电池就是Li+在正、负极之间反复进行脱出和嵌入的实现电池的充电和放电。实际上是发生氧化还原反应的结果。
充电过程原理如下（放电过程与之相反）：
正极：LiCoO2 → Li(1-x)CoO2 + (x)Li+ + (x)e-
负极：C + (x)Li+ + (x)e- → CLi(x)
电池反应：LiCoO2 + C → Li(1-x)CoO2 + CLi(x) 锂电池充放电过程见下图： 
5. 锂电池优缺点
锂电池的优缺点是相对于其他电池来说的，像利来·国际APP常用的铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池等。
锂电池的优点很多，电压平台高，能量密度大（重量轻、体积小），使用寿命长，环保。
锂电池的缺点就是，价格相对高，温度范围相对窄，有一定的安全隐患（需加保护系统）。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE）
锂电池相对其他普通电池的对比情况如下： 
6. 锂电池分类 锂电池的分类方法有很多种，按不同的标准分类情况不同。 按外形：方形电池（如手机锂电池）、圆柱型电池（如18650电池）； 按外包装：铝壳锂电池、钢壳锂电池、软包锂电池； 按电解液状态：锂离子电池（LIB）、聚合物锂电池（PLB）； 按正极材料：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）。 分类情况可以参考下图： 
7. 锂电池命名规则
不同的厂家有不同的命名规则，但通用电池大家都遵循统一的标准，根据电池的名称可以知道电池的尺寸等信息。
IEC61960规定，针对电芯，圆柱形和方形电池的规则如下：
a. 圆柱形电池，3个字母后跟5个数字，
3个字母，第一个字母表示负极材料，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。第三个字母为为R表示圆柱形。
5个数字，前2个数字表示直径，后3个数字表示高度，单位都为mm。
b. 方形电池，3个字母+6个数字
3个字母，前两个字母的意义和圆柱形一样，后一个字母为P表示为方形。
6个数字，前2个数字表示厚度，中间2个表示宽度，后面2个表示高度（长度），单位也为mm。
（来源：tywqzx.com.cn）
举例如下：
ICR 18650就是直径为18mm，高度为65mm的通用的18650圆柱形电池；
ICP 053353就是厚度为5mm，宽度为33mm，高度（长度）为53mm的方形电池。 
8. 锂电池常见术语
在锂电池行业，会经常碰到朋友沟通飚出一些术语，什么电池容量、放电倍率、电压、内阻、循环寿命、剩余容量SOC等。
a. 电池容量(Capacity)
指一定的放电条件下可以从电池锂获得的电量。
利来·国际APP在高中学物理是知道，电量的公式为Q=I*t，单位为库伦，电池的容量单位规定为Ah（安时）或mAh（毫安时）。意思是1AH的电池在充满电的情况下用1A的电流放电可以放1个小时。
像苹果的手机的电池一般是2000mAh左右，电动自行车锂电池一般都是8~15Ah左右，电动汽车一般都是20~200Ah等，像比亚迪的电动汽车e6就是200Ah的电芯。 b. 充放电倍率（Charge-Rate/Discharge-Rate）
表示以多大的电流充电、放电，一般以电池的标称容量的倍数为计算，一般称为几C。
像容量1500mAh的电池，规定1C=1500mAh，如果以2C放电也就是以3000mA的电流放电，0.1C充放电就是以150mA的电流充放电。 c. 开路电压（OCV: Open Circuit Voltage）
电池的电压一般指锂电池的标称电压（也叫额定电压）。普通锂电池的标称电压一般为3.7V，利来·国际APP也称其电压平台为3.7V。利来·国际APP说的电压一般指的是电池的开路电压。
当电池20~80%的容量时，电压集中在3.7V左右（3.6~3.9V左右），容量太高或太低，电压变化较大。 d. 能量（Energy）/功率（Power）
电池以一定的标准放电，电池所能放出的能量（E），单位为Wh（瓦时）或KWh（千瓦时），另外1KWh=1度电。
物理书上有基本概念，E=U*I*t，也等于电池电压乘以电池的容量。
而功率的公式为，P=U*I=E/t，表示单位时间能够释放的能量。单位为W（瓦）或KW（千瓦）。
像容量为1500mAh的电池，标称的电压一般为3.7V，故对应的能量为5.55Wh。 e. 内阻（Resistance）
由于充放电时不能等效为一个理想的电源，有一定的内阻。内阻是要消耗能量的，当然内阻越小越好。
电池内阻单位用毫欧（mΩ）。
一般电池的内阻由欧姆内阻和极化内阻组成，内阻的大小受电池的材料、制造工艺，还有电池的结构的影响。 f. 循环寿命（Cycle Life）
电池充电和放电一次就称为一个循环，循环使用寿命是衡量电池寿命性能的一个重要指标。
IEC标准规定手机锂电池，0.2C放电至3.0V，1C充电至4.2V，反复循环 500次后电池容量应保持为初始容量的60%以上。也就是说锂电池的循环寿命为500次。
国标规定，手机电池循环寿命300次后，容量应保持初始容量的70%。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE）
手机电池容量低于初始容量的60%一般要考虑报废处理了。 g. 终止电压（Cut-Off Voltage）
终止电压分为充电终止电压和放电终止电压，也就是说电池不能继续充电或放电的电压，在终止电压下再继续充电或放电对电池的寿命影响很大。
锂电池的充电终止电压一般为4.2V，放电终止电压为3.0V。
锂电池超过终止电压的深充或深放是严格禁止的。 h. 剩余容量SOC(State of Charge)
指电池的剩余电量与可以放出总电量的百分比，0~100%。反映电池剩余电量情况。 9. 各类动力锂电池对比
动力电池主要是根据其应用来考虑的，主要应用在电动电动汽车、电动自行车、机器人、电动工具等。
动力电池区别于普通电池又有其一定的特殊性：
a. 电池的串并联
b. 电池的容量较大
c. 电池的放电倍率较大（混合动力和电动工具）
d. 电池的安全性要求较高
e. 电池的工作温度范围较宽
f. 电池的使用寿命长，一般要求5~10年
由于动力电池的特殊性，其工艺和材料的也存在一定的差异，根据正极材料的情况主要分为锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）等，其电压平台、能量密度、价格、安全性等都有一定的差异，具体见下表的对比：
（其中钴酸锂由于其稳定性较差，价格较高等原因很少用做动力电池，放在下表一并列出对比） 
10.电动汽车锂电池对比（比亚迪VS特斯拉）
动力电池有三大派别，磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池，电动汽车用锂电池的各派之争最近愈演愈烈。
2014年前磷酸铁锂电池一直在国内唱主角，以比亚迪BYD等为代表的国内电动汽车龙头企业一直以磷酸铁锂作为主要方向，但后来如日中天的特斯拉Tesla却采购的是松下的三元锂电池NCA，大家开始重新审视这个问题，三元锂电池也就开始崭露头角。
（来源：tywqzx.com.cn）
利来·国际APP详细对比一下两大电动汽车巨头的电动车和锂电池情况，代表的车型分别是比亚迪的e6和特斯拉的Model S。
具体看下表： 
11. 锂电池基本工艺
不同的电池类型，不同的厂家，锂电池的生产工艺会有很大差异，这里所列出的工艺为最基本的锂电池制造工艺。
锂电池电芯工艺生产流程为：制片、叠片、注液、封装、存储、化成分容、电测、包装等。 
12. 锂电池串并联
在不同的应用领域，对电池的要求不一样，系统对电压，容量，内阻等都有一些特殊的要求。往往单节电池不能满足要求，需要电池串并联成锂电池组后才能给外供电。 电池串并联后的性能由最差那一节电池的性能决定，也就是利来·国际APP常说的“木桶原理”，因此电池成组最重要的一点就是电池性能参数的一致性。 像笔记本，电动自行车，电动汽车，储能系统等都需要考虑电池的串并联组成电池包。
笔记本电池电压一般是11.1V或14.8V，主要采用18650电池，所以一般2串3并或2串4并。
Apple iPAD就是3块聚合物电池并联，容量25Wh左右。电动自行车和电动摩托车系统一般是24V、36V、48V、60V、72V系统。
锂电池具体成组情况见下表（S代表串联）。
纯电动汽车和混合动力（EV/PHEV）电压更高，250~550V左右，像特斯拉的Model S一共串并联7000多节18650锂电池，比亚迪“秦”一共串联140节锂电池。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE）
另外电池成组串并联是要考虑很多东西，电池的电压平台的一致性，电池的容量的一致性，电池的内阻的一致性等。电池的串并联后其参数的一致性对电池的性能和寿命也有很大的影响。 
13. 锂电池保护和管理系统
锂电池由于其本身的特性决定，一定要加保护板（PCM）或电池管理系统（BMS）才能使用，严格禁止使用没有带保护板或电池管理系统的锂电池。没有保护板或电池管理系统，锂电池可能存在安全的隐患，甚至可能有起火或爆炸的危险。对于电池和电池管理系统来说，安全永远是第一位的。
对于复杂的动力电池系统，一般需要电池管理系统（BMS）实时监控电池的状态，确保电池和系统的安全，同时提高电池的循环寿命。简单的电池管理系统一般只有电池保护功能的才称为锂电池保护板（PCM），根据系统的负责程度，应用的需求和成本情况选择合适的电池管理系统。
锂电池管理系统（BMS）一般包括下面功能：
锂电池保护（过充保护、过放保护、过流保护等）、电压/电流/温度采集、电量均衡、SOC显示、充放电管理、异常诊断、通信等。
(来源：tywqzx.com.cn)
保护板的功能主要有：
过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、电量均衡、异常检测等。
保护板与电池管理系统框图如下： 
14. 锂电池充电要求
锂电池主流的充电方式是恒流恒压（CC/CV : Constant Current – Constant Voltage），先恒流充电，到一定的电位后再恒压充电，好的充电器还可以根据电池的电压状态涓流充，有些复杂的系统在后面还增加了脉冲充电方式，另外根据时间设置充电结束等。
充电器一般包括AC-DC（交直流转换）、充电管理等模块，手机充电器就只有AC-DC模块等，专业术语叫适配器（Adapter），充电管理模块集中在手机主板上。而像电动自行车、电动汽车充电器一般是集成适配器和充电管理的。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE）
具体充电系统如下图所示。 
15. 锂电池的安全性问题
任何锂电池如果产品质量有问题，或者使用不当，都可能存在安全隐患，甚至可能起火爆炸。
锂电池最大的隐患就是过充情况下，锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路，产生大电流导致内部温度升高，电解液生成气体导致内部压力升高，导致漏液起火或膨胀爆炸。
因此选择好的锂电池产品非常重要，在应用时适当考虑应用情况是完全可以杜绝安全隐患的。重点分析一下锂电池安全性因素和选择和使用锂电池应该注意哪些问题
安全性因素：
a. 材料因素
选择安全的正极、负极、电解液及隔膜材料，严格控制工艺流程和工艺参数。
b. 防爆阀
当内部压力或温度达到预设值，打开防爆阀，泄放多余气体，确保安全。
c. 保护电路
保护电路可以有效防止过充、过放、过流等，合理且可靠的保护电路和系统是重要保障。
注意事项：
a. 要选择质量可靠和品牌电池，这样电池材料和工艺可以有效保障。
b. 锂电池一定要带有保护系统，没有保护系统的锂电池禁止使用，另外保护系统设计的合理性和测试可靠的保护系统很重要，要选择懂电池管理且有锂电池管理经验的工厂的锂电池产品。
c. 使用上利来·国际APP也应该注意，尽量让锂电池远离火源和高温环境，尽量避免系统短路或过充过放。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE tywqzx.com.cn）
如果选择的是正规厂商的电芯和好的保护系统，锂电池起火或爆炸的概率是非常非常低的。 16. 锂电池使用的误区及建议
误区1：新电池前3次充电要超过12小时
锂电池出厂前已经激活，不存在要充12个小时的问题，正常使用和充放电就可以了。
误区2：锂电池要放光后再充，不要频繁充，充一次寿命就少一次
锂电池要避免深充深放，那样对电池的寿命有影响，尽量不要让手机或系统用到自动停机，适当给锂电池补充电量对寿命有帮助，锂电池的循环寿命是指深充深放一个循环为一个循环寿命，平时的浅充浅放对锂电池的寿命影响不会太大。
误区3：锂电池充满存储后，尽量少用对寿命有帮助
锂电池长时间存储尽量不要以100%的容量存储，那样容量衰减快，另外尽量不要长时间存储电池，要过一段时间给电池补充一些电量，防止电池过放，严重影响锂电池寿命。
误区4：充电电路越大，充电越快
锂电池的充电是恒流恒压充电方式的，提高恒流充电电流不一定会提高充电速度，很多时候，手机或其他系统都会做限流保护，大于其充电限制电流也没有用了。
误区5：锂电池充满后就要拔掉充电器，过充危险
现在的锂电池有多重保护，充电器有保护，电芯本身会保护，保护板会有过充保护、主板上还有会一级保护，不要担心充满后过充危险，一旦充满，保护板会切断电路，充电就会自动停止。当然由于充电器待机会有电流，及时拔掉充电器对节约用电也是有帮助的。 17. 锂电池发展趋势
锂电池国家发展规划
“十二五”期末，动力锂电池能量密度达到200Wh/kg，能量型电池功率密度达到1.2kWh/kg，电池组系统循环寿命达到2000次，锂电池成本达到1.5RMB/Wh，并形成年产量超过100亿Wh的产业规模。 锂电池材料发展
由于锂电池属于电化学领域范畴，不像半导体遵循摩尔定律的发展速度，因此锂电池的发展速度一直很慢。无论是智能手机还是电动汽车，最大的瓶颈都是续航能力的问题，也就是电池的发展速度没有跟上电子系统的发展速度。
（来源：利来·国际APP动力iYPOWE tywqzx.com.cn）
如果按照材料来考量，锂电池的发展趋势应该如下：
锂离子电池->全固态锂电池->锂空气电池->石墨烯电池
现在还处在锂离子电池阶段，无论是消费类电池还是动力电池。但估计2020年左右会过渡到全固态锂电池（这也是是陈立泉院士一直再呼吁的），到时候锂电池的能量密度会翻一倍，2030年左右会发展到锂空气电池，最后随着石墨烯材料的成熟，锂电池会发展到石墨烯电池。
大家可以参考下图（下图还没有包括石墨烯电池情况）： 
未来锂电池的产值将会从消费类慢慢过渡到动力电池，动力电池的飞速发展将很快会超过消费类电池。电动汽车的发展将带动动力锂电池的高速发展。 深圳利来·国际APP动力有限公司/SHENZHEN iYPOWER CO., LTD. 利来·国际APP动力，出众的不仅是动力 tywqzx.com.cn
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