鋰電池分類(lèi)

高低貴賤，自有高低貴賤的理由。評(píng)價(jià)移動(dòng)電源好壞，首要因素就是它使用的鋰電池分類(lèi)。

為什么說(shuō)這個(gè)分類(lèi)很重要。因?yàn)殇囯姵乇旧砭褪且粋€(gè)綜合的、大的概念，鋰電池、鋰離子電池、鋰離子聚合物電池，多幾個(gè)字這里面都大有文章，成本相差也是天差地別。

鋰電池，一般情況下是鋰離子電池的簡(jiǎn)稱(chēng)，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)與鋰離子電池有很大的區(qū)別。鋰電池是鋰原電池，以鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料，內(nèi)含純態(tài)的鋰金屬，使用非水電解質(zhì)溶液的一次性電池。

鋰電池是一次性電池，那鋰離子電池是不是指可重復(fù)充放電的鋰電池呢？也非。廣義的可充放鋰電池是指由一個(gè)石墨負(fù)極，一個(gè)采用鈷、錳或磷酸鐵的正極，以及一種用于運(yùn)送鋰離子的電解液所構(gòu)成。但也有一次性鋰離子電池，它們使用鋰金屬或者嵌鋰材料作為負(fù)極。

鋰離子電池相對(duì)于鋰電池，多出的“離子”二字，就是強(qiáng)調(diào)了運(yùn)送“鋰離子”的電解液。我們熟悉的18650電池，內(nèi)含被吸附的液體電解液，因而所有的18650電池都屬于鋰離子電池。而18650電池之所以從鋰離子電池中被單獨(dú)提出來(lái)，是索尼基于工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的需要，做出的直徑為18mm、長(zhǎng)度為65.0mm的鋰離子可充放電池，使用范圍更廣、更常見(jiàn)。所以，除了18650的標(biāo)準(zhǔn)，還有16340電池。

至于鋰離子聚合物電池多出的“聚合物"三字，就是強(qiáng)調(diào)這是電解液為膠狀、固態(tài)或半固態(tài)的鋰離子電池。鋰離子聚合物電池之所以高大上，“固態(tài)聚合物”代替了傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)是根本原因。

使用膠態(tài)或固態(tài)聚合物取代液態(tài)有機(jī)溶劑電解液的好處，一是聚合物可以做成任意形狀適配不同的設(shè)備，適應(yīng)能力高，設(shè)備的工業(yè)設(shè)計(jì)自由度就有保證。比如手機(jī)（18650這類(lèi)形狀固定、使用液態(tài)電解液的電池明顯就無(wú)法做在今天的智能手機(jī)上）。二是聚合物狀態(tài)的電解液安全性更高：液體電解液在短路、處于高溫高壓的極端條件下是會(huì)爆炸的，聚合物則只會(huì)膨脹、鼓出來(lái)，再極端的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生爆炸燃燒的情況。

另外，現(xiàn)在的鋰離子聚合物電池，都是可充放電池，并非像鋰離子電池那樣，還有一次性、不可重復(fù)使用的品種。

綜上

以是否能重復(fù)充放電為標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子聚合物電池全部屬于可重復(fù)充放電，鋰離子電池大部分可以、少部分不行，鋰電池則完全不行。

以成本、生產(chǎn)難度衡量，鋰離子聚合物電池>鋰離子電池>鋰電池。

以安全性衡量，鋰離子聚合物>鋰離子電池/鋰電池。

以形態(tài)是否固定衡量，鋰離子聚合物可“自定義”程度最高，鋰離子電池/鋰電池次之。

當(dāng)然，這里還要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，我們現(xiàn)在討論的鋰電池、鋰離子電池、鋰離子聚合物電池，是以內(nèi)部電解質(zhì)為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，主要影響生產(chǎn)成本、電池安全性、電池結(jié)構(gòu)/外形。

至于電池性能，正極電芯的影響更大，比如采用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等基于鈷鋰、錳鋰、鎳鋰的不同正極材料，各方面的性能是不一樣的。

要想徹底了解影響鋰離子電池性能的要素，必須先知道鋰離子電池的放電/充電的原理和一般結(jié)構(gòu)組成。

一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)電池都是靠正極、負(fù)極活性物質(zhì)在氧化還原反應(yīng)（正極化合物失電子、負(fù)極化合物得電子）過(guò)程中，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鋰離子電池相對(duì)普通化學(xué)電池有什么特殊么？沒(méi)有。鋰離子電池之所以強(qiáng)調(diào)“鋰離子”三字，是因?yàn)槠湔?fù)極活性物質(zhì)是含鋰化合物。

既然本質(zhì)上都是氧化還原反應(yīng)，鋰離子電池具體又是如何產(chǎn)生電流的呢——靠的是正極/負(fù)極層狀物質(zhì)晶體中，鋰離子不斷的嵌入/脫嵌，具體如圖：

我們都知道，鋰離子電池是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)三個(gè)基本部分組成。正極和負(fù)極作為存儲(chǔ)鋰離子的載體——層狀物質(zhì)晶體，充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡。放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)。

目前，負(fù)極材料是確定的，一般采用的是碳素材料——石墨（鋰離子嵌入碳化合物）；所以，與負(fù)極材料對(duì)應(yīng)的正極材料這個(gè)“鋰離子容器”，其儲(chǔ)藏的鋰離子越多、密度越大，鋰離子電池儲(chǔ)存的電量就越大；其晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)性質(zhì)越是穩(wěn)定，鋰離子電池的安全性就越高；其老化特性（即隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)發(fā)生的材料變形，晶體結(jié)構(gòu)破壞，內(nèi)阻逐漸升高）越不明顯，鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)越多。一句話總結(jié)，不同的正極材料，很大程度上決定了鋰離子電池的容量、安全性、壽命。

基本我們可以這么說(shuō)，決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵，是正極材料，而不同正極材料比拼的，是含鋰化合物晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、嵌入鋰離子數(shù)量、老化特性。

目前鋰離子電池使用的正極材料，有包括層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、鎳酸鋰，尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰（同樣也有層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鋰LiMnO2），橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰，和三元材料（簡(jiǎn)單點(diǎn)可以看做鈷鋰、鎳鋰、錳鋰某種程度的“混合”），它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。不過(guò)由于各個(gè)公司的研發(fā)和生產(chǎn)水平不同，對(duì)于不同的正極材料，各種流行的說(shuō)法大家爭(zhēng)論不休，這里只列舉一家公司公開(kāi)的數(shù)據(jù)來(lái)做對(duì)比：

參數(shù)說(shuō)明：

電壓越高，充放電功率也越大，在電池容量一定的情況下，意味著更快的充放電（不考慮控制芯片作用的情況下）。另外，正極材料電壓不同，也要求配合不同的電解質(zhì)，這樣才能充分發(fā)揮鋰離子電池的性能。

振實(shí)密度，也稱(chēng)壓實(shí)密度，是指面密度/極片碾壓后的厚度(集流體厚度)，單位：g/cm3。一般來(lái)說(shuō)，壓實(shí)密度越大，電池的容量就能做的越高，所以壓實(shí)密度也被看做材料能量密度的參考指標(biāo)之一。不過(guò)壓實(shí)密度講求的是合適，過(guò)大或過(guò)小，都不利于鋰離子的嵌入嵌出。而合適的正極壓實(shí)密度，可以增大電池的放電容量，減小內(nèi)阻，減小極化損失，延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。

循環(huán)壽命很好理解，就是衡量正極材料老化特性。

總結(jié)

很明顯，不考慮還未實(shí)用的磷酸鐵鋰，目前綜合性能最優(yōu)的材料還是三元材料。至于鈷酸鋰，性價(jià)比最高，所以目前也是使用最廣的。

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