理高子电迪畏指在充就电过程申有锂离子嵌入或脱出电池正员核材料的电対叭锂离子电池的主要结构包括；正极材料、隔膜、电解液、负械材料、正员极集流休何。 正极材料直接决定了电池曲特点，咸本占到整个电池的三咸左右。锂离子电池的正极材料应能够嵌入犬量的霾禹子，以得到较高的比能量，此外，锂高子嵌入/脱嵌过程要有校高的可逹性
團。一般选用锂元素的过渡金厲童化物等钱入化合物口根据正樓材料选取的不同，吕前常用的锂高子电池主要包括钻駿锂离子电池，即以歡化钻理(LM)为正极射料；钱酸锂稱子电地，即以为正极材料’ 磷酸轨锂电池，即以磷酸亚铁锂(LiFePCh)为正极材料；三元复合材料材料㈣口各种锂离子电池的特性见表Z 1^[41]：
表2. I不同正极材粉的锂离子电池特性
正极材舛
钻酸锂
(LiCo03)<LiMn2O4)
三无复合材料
磷酸铁锂
(LiFcPO^)
Li(Nio,BJ
Coo. 1 Ab,
0S)O2
Li(Ni仍
Coj.^M
111/3)Qi
正常电压(V) 4.0 4.05 3.83,85 3.34
存储电容(mAh/g)(45
100J 60
120
150
比能產(Wh/kg)602480742588549体积比能量(WMJ30732065378429121976错环寿命(坎)>500>500>1000>1000>1000质-量咸本＜S/kg)30-408-1028-3022^2516^20能矍本钱C$/kWh)57^7520^2550-5530-5525-35平安性较差良好良妤优秀优秀
正极材料钻酸锂铁酸锂三元复合材料磷酸铁锂
无过充本钱低、比容优点平安性好
限制量高
无过放振实密度高、
工艺成熟耐过充
电限制穂定性好
高温稳循环性、平安
离温稳定
定性好
本钱高、安充敖电容量衰充放电
传导率低、合
缺点
全隐患高减强结构不
成困难穩定
只适合小容
循环寿命低
工艺条高倍率充放电
量单体电池件苛刻性能差姑酸锂离子电池在15(TC高温时易爆炸，平安性差，原料本钱超过40万元/ 吨，且循环寿命短冋；钱酸锂离子电池平安性有所提高，但髙溫下的循环寿命只有500次左右。而磷酸铁锂正极的锂离子脱出/嵌入后，磷酸铁锂的晶体结构几乎不发生重排，因此，猎酸铁锂离子电池的循环性能更好，可反复充放电达1000 次以上，通过材料改性，寿命甚至可到达1万次以上，在高温高热环境下的稳定性也较高冋，畏目前正极材料的最正确选择。
电解液填充电池内部，分布在隔膜两侧。电解液对离子有髙导电性，在电池内部的止、负极之间承当着传输电荷的作用；由于程离子电池的工作电压一般为3.2V，而水在1.2V左右的电压下即会发生电解，故一般采用非水有机溶剂和分解电压更高的电解质盐溶剂等作为锂离子的载体呗. 隔膜的主要作用是将锂离子电池的正炭极材料隔开，其具有选择通过性：电子不能通过电池的内电路，但锂离子可自由通过。隔膜在电池中会表现为一定的电阻性质。
负极材料主要有石墨及其相关材料。
集流体是正负极的导电骨架。
此外，锂离子电池在前几次充电过程中，有机电解液会在负极外表上发生氧
化复原反响，在电极外表形成一层固体电解质钝化膜，这层膜对电子绝缘，却是锂离子的导体，这层膜
就是SEI (Surface Electrolyte Interface)膜。SEI 廡会增加电池内阻，但由于它不溶于有机溶剂性状致密，阻挡了有机溶剂的分子又不彩响锂离子的传递，一定程度上也防止了有机溶剂分子嵌入对电极材料带来的破坏。假设SEI膜被破坏，修复它那么需要消耗锂离子，故电池使用一段时间以后, SEI膜会变厚，电池内阻增加。
璘酸铁锂离子电池根本构造如图2.1所示：
图2.1磷酸铁锂离子电池根本构造
锂离子电池内部的各种材料一般通过层叠或卷绕的方式排列。卷绕式是将正极片、隔膜、负极片依次排
好，采取一定的工艺步骤，卷成圆柱形。层叠式那么是将正极片、隔膜、负极片等材料按顺序堆叠成块状电池，然后将各层正极片引出焊接为正极柱，负极片引出焊接为负极柱。图2.2所示为两种方式的示意图。
图2.2卷绕式与层叠式锂离子电池示意图
锂离子电池工作原理
磷酸铁锂离子电池内部发生的化学反响如下:
充电反响LiFeP04-xLi^- xe~ -► xFePO^ + (l-x)LiFeP04公式2. 1
放电反响FeP04 + xLi+ + xe't xLiFePO^ + (1-x)LiFePO^公式2・ 2
这是一种理想的可逆反响。从电化学角度，它本质就是一个锂离子浓度差电池。充电时，锂离子从正极化合物中脱出，经过电解质嵌入负极晶格，此时，负圾处于富锂态，正极处于贫锂态，补偿电荷通过电子在外电路传到负极，维持负极的电荷平衡；放电时那么相反，锂离子从负极脱出，经过电解质嵌入正极材料，此时，正极处于富锂态，负极处于贫锂态冏。由于电池的正负极都是层间化合物, 在正常充放电时，锂离子负极碳材料的层状机构和正极氯化物的层状结构间嵌入和脱出，只带来层间距的变化，不破坏晶体结构，因此锂离子电池反响的可逆性较好，被称为'‘摇椅式〞的电池体系蹄。图2.3展现了锂离子电池的工作原理。
2.2锂离子电池的生热机理分析
锂离子电池的生热机理
由于内部化学反响变得非常复杂，在正常使用状态下，锂离子电池总的生热 量一般由以下四局部构成：反响热、焦耳热、极化热以及副反响热的。记总生热 量为Q，那么其可表示为
公式2.3
其中；
Qr 是反响热：是指在电池充放电过程中，锂离子在正负极板间嵌入和脱嵌这 一电化学反
响过程里产生的热量，与反响过程中的炳变有关，充电状态时，该值 为兔值〔即吸收热量〕，放电状态时，该值为正值〔即卷放热量〕。反响热的 计算表达式为：
其中n 表示电池单体个数；m 表示正负电极质量；Q 表示电池正极电化学反
nmQl MF
公式2.4
图2.3锂离子电池工作原理
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