锂电池

“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。

锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

MnO2和金属锂

锂电池：锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应，放电。 正极上发生的反应为 LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子) 负极上发生的反应为 6C+XLi++Xe=====LixC6 电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6

锂金属电池：

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池：

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为

LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为

6C+xLi++xe- = LixC6

充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

正极

正极材料：可选的正极材料很多，目前市场常见的正极活性材料如下表所示:

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

负极

负极材料：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。

充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

碳负极材料

实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

锡基负极材料

锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

氮化物

没有商业化产品。

合金类

包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，也没有商业化产品。

纳米级

纳米碳管、纳米合金材料。

纳米氧化物

根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。

锂电池的充电方式有两种，较为简单的是纯粹恒流。即CC，这个往往要配合充电时间的控制。比较先进的也是比较典型的是CC/CV，即恒流+恒压。就是说，先以一个较大的充电速率，这个阶段叫快充，充到了一个电压阀值，转入涓充模式，使电压一点一点上升到最高电压，这个时候，容量就比较接近标准容量了，而快充模式结束时，一般可以充到80%左右。

这个电压阀值称为过压阀值，现在的锂电池的最高电压大多去到4.35V，面对这种情形，一个推荐的标准阀值是4.2V。但是，要记住，它只是一个统计值，大多数时候，我们会选择一个稍低一点的，但也不能太低，太低的话充电效率不高。

锂电池广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具等电子产品的不断发展，电池行业已经成为锂最大的消费领域。此外，碳酸锂是陶瓷产业减能耗、环保的有效途径之一，对锂的需求量也将会提高。与此同时，锂在玻璃中的各种新作用也在不断被发现，玻璃行业对锂的需求仍将保持增长。因而，玻璃和陶瓷行业成为了锂的第二大消费领域。

1、电芯的选型

一是不同材料体系电芯的选型会影响到整个锂电池价格。锂电池根据正极材料的不同，会有锰酸锂（3.6V）、钴酸锂（3.7V/3.8V）、镍钴锰酸锂（俗称三元,3.6V）、磷酸铁锂（3.2V）、钛酸锂（2.3V/2.4V）等多种材料体系的电芯，其不同材料体系的电芯，其电压平台、安全系数、循环使用次数、能量密度比、工作温度等都不相同。

二是不同品牌的电芯的价格也会相差很大，总的价格梯度可分为：特种电芯（包括超低温、超高温、超高倍率、异型）、日系（松下、三洋、索尼）、韩系（三星、LG）、国产（国产又分为一线（力神、比克、比亚迪、ATL）、二线，甚至可以分到五线、六线），同材料体系而不同品牌的电芯，价格差异也会非常之大，而且通过市场优胜劣汰出来的各品牌电芯的品质（安全型、一致性、稳定性）基本上是与价格成正比的。

2、锂电池PCM的需求和设计

PCM设计可分为：基本保护、通讯、BMS

基本保护：基本保护含过充、过放、过流和短路保护，可以根据产品需求增加过温保护等

通讯：通讯协议可分为I2C、RS485、RS232、CANBUS、HDQ、SMBUS等，还有简单的电量显示，可以采用加电量计采用LED指示。

BMS：BMS是BATTERYMANAGEMENTSYSTEM的第一个字母简称组合，称之谓电池管理系统，俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。次系统多应用于电动汽车电池。

3、锂电池外壳的需求与设计

锂电池外壳设计可分为：PVC热封、塑胶、金属

PVC热封：电池组外部具体采用什么样的外壳封装形式，主要是取决于客人的产品具体需求，对于采用PVC热封的封装形式，一般适用于电芯串并数量不多，整体重量较轻（≤2kg）的情况下，可以采用。但是对于整体重量≥1kg的电池组，需要在电芯之间加固定支架，外围加玻纤板防护后，再采用PVC热封。

塑胶：采用塑胶外壳，主要是不同的电池组定型后，涉及到的外壳有可能需要开模，模具费用是一笔不小的开支，如开发前期，产品未定型，可以采用手板外壳打样（手板强度不如开模定型后材质强度），对外壳的材质和工艺（特别是带三防要求）要求不同，也会影响成本。

金属：金属外壳也是和塑胶外壳一样，产品未定型前或数量需求不多，建议采用钣金制样，这样主要是制样交期较短，如批量较大，也建议开模。对于金属外壳有防水等级要求的，也会大大影响到成本，还有就是特殊材质（如钛合金等）金属外壳要求的，成本会更高。

锂电池的成本主要由电芯、PCM、结构件构成，另需要加上企业的PACK费用、老化费用、管理费用等。同时由于产品技术难度，采购用量，不良率的要求不同，锂电池价格也会相差很大！