根据锂离子电池的外形可分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。根据锂离子电池正极材料不同,锂离子电池主要分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、镍钴锂离子电池和镍钴锰锂离子电池。 第一代车用锂离子电池是锰酸锂离子电池,具有成本低,安全性良好的优点,但循环寿命欠佳,在高温环境下循环寿命更短,高温时会发生锰离子溶出的现象。第二代车用锂离子电池是磷酸铁锂离子电池,美国德克萨斯州大学具有对其的专利权,是目前锂离子电池的发展方向,因为原材料价格低且磷、铁、锂的资源丰富,工作电压适中,充放电特性好,放电功率高,可迅速充电且循环寿命长,高温和高热稳定性好,储能特性强,完全无毒。 为了防止磷酸铁锂离子电池的专利纠纷,一些国家开发镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池,其循环寿命优于锰酸锂离子电池;但因为钴价格昂贵,所以成本较高,安全性比磷酸铁锂离子电池稍差,阻碍了这些电池的发展。 锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液及安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图2-28所示。
正极物质是嵌锂过渡金属氧化物,在锰酸锂离子电池中以锰酸锂作为主要原料,在磷酸铁锂离子电池中以磷酸铁锂为主要原料,在镍钴锂离子电池中以镍钴锂作为主要材料,在镍钴锰锂离子电池中以镍钴锰锂作为主要材料。
在正极活性物质中再加入导电剂、树脂胶黏剂,并涂覆在铝基体上,呈细薄层分布。
负极活性物质为电位接近锂电位的可嵌入锂化合物,主要是由碳材料与胶黏剂的混合物再加入有机溶剂调制成糊状,并涂覆在铜基,呈薄层状分布。
隔板的功能是关闭或阻断通道,通常使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜,主要材料包括PE、PP或它们的复合膜,如PP/PE/PP三层隔膜等。其关闭或阻断功能可在电池出现温度异常升高时,阻塞或阻断作为离子通道的细孔,使蓄电池停止充放电反应。隔板可避免因外部短路等引起的过大电流使电池产生异常发热现象,这种现象即使出现一次,电池就不能正常使用。
电解液是以LIPF6的烷基碳酸酯搭配高分子材料混合溶剂为主体的有机电解液,为了使主要电解质成分的锂盐溶解,必须具有高电容率,并且具有和锂离子相容性好的溶剂,以不阻碍离子移动的低黏度的有机溶液为宜,而且在锂离子蓄电池的工作温度范围内,必须呈液态,凝固点低,沸点高。电解液对于活性物质具有化学稳定性,必须能良好适应充放电反应过程中发生的剧烈的氧化还原反应。因为使用单一溶剂很难满足上述严苛条件,所以电解液通常混合不同性质的几种溶剂使用。
为了确保锂离子电池的使用安全性,通常通过对外部电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。即使这样,在应用过程中也有可能有其他原因引起蓄电池内压异常上升,此时,安全阀释放气体,以避免蓄电池破裂,安全阀实际上是一次性非修复式的破裂膜,用以保护蓄电池使其停止工作,是蓄电池的最后保护手段。
