動力電池放電倍率

01

動力電池與普通電池最大的差別，在于其放電功率大，比能量高。由于動力型電池主要用途為車用能源供給，所以相較于普通電池要有更高的放電功率。

我們知道在新能源車輛中我們談充電樁的充電速度，是以每小時可以充幾度電的方式來理解的，不過在業(yè)界里，不管是談動力電池或儲能電池，你更常聽到的會是「幾C」。這C是什么意思呢？

C：用來表示電池充放電電流大小的比率，即倍率。充放電倍率=充放電電流/額定容量，如1200mAh的電池，0.2C表示240mA（1200mAh的0.2倍率），1C表示1200mA（1200mAh的1倍率）。

我們用一個例子先理解它的算法，例如：一顆100Ah的電池，1C放電，代表用100A的電流放電，2C代表電池用200A電流放電；0.5C（或1/2C）代表電池用50A電流放電，0.2C（或1/5）代表電池用20A電流放電，充電時相同，所以這個C就是代表一般電池的充放電電流的大小。

解了C，充放電的倍率就可以用公式理解，用上面的例子代表分別是一小時、半小時和兩小時。雖然許多時候1C可以當成是一小時，但當電池有特別標示電池額定容量的倍率定義時，則實際充放的電流大小，須以該標稱容量的倍率為準。

例如：12Ah的電池，標示12Ah（C20）的C20指的是=12/20=0.6A，代表這個電池用0.6A電流放電，所以它放電時間為20小時。

動力電池

02

鋰離子電池 （Lithium-ion battery）是一種可重復充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。目前用作鋰離子電池的正極材料主要常見的有： 鋰鈷氧化物（LiCoO 2 ）、錳酸鋰（LiMn2O 4 ）、鎳酸鋰（LiNiO 2 ）及磷酸鐵鋰（LiFePO 4 ） 。

此外，鋰離子電池容易與下面兩種電池混淆：

一、 鋰電池（Lithium battery） ：雖然常常用作為鋰離子電池的簡稱，但嚴格意義的鋰電池是鋰原電池，內(nèi)含純態(tài)的鋰金屬，為一次性使用、不可充電。

二、 鋰離子聚合物電池（Lithium-ion polymer batteries，也常稱為“鋰聚合物電池”） ：大致上其實也是鋰離子電池，是普通鋰離子電池的改良，利用膠態(tài)或固態(tài)聚合物取代液態(tài)有機溶劑的可充電鋰離子電池，其安全性較好不會爆炸，且可以塑造各種不同形狀的電芯，成為了現(xiàn)在的主流形式電池。

鋰離子電池的優(yōu)點

1、電壓高：單體電池的工作電壓高達3.7-3.8V（磷酸鐵鋰的是3.2V、，是Ni-Cd、Ni-MH電池的3倍。

2、比能量大：能達到的實際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達到150mAh/g以上的比容量（3-4倍于Ni-Cd，2-3倍于Ni-MH、，已接近于其理論值的約88%。

3、循環(huán)壽命長：一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，磷酸鐵鋰的可以達到8000次。對于小電流放電的電器,電池的使用期限，將倍增電器的競爭力。

4、安全性能好：無公害，無記憶效應。作為Li-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路，縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素；部分工藝（如燒結式、的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。

5、自放電小：室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。

6、快速充電：1C充電30分鐘容量可以達到標稱容量的80%以上，磷鐵電池可以達到10分鐘充電到標稱容量的90%。

7、工作溫度：工作溫度為-2545°C，隨著電解液和正極的改進，期望能擴寬到-4070°C。

鋰離子電池的缺點

1、衰老：與其它充電電池不同，鋰離子電池的容量會緩慢衰退，與使用次數(shù)有關，也與溫度有關。這種衰退的現(xiàn)象可以用容量減小表示，也可以用內(nèi)阻升高表示。因為與溫度有關，所以在工作電流高的電子產(chǎn)品更容易體現(xiàn)。用鈦酸鋰取代石墨似乎可以延長壽命。

2、回收率：大約有1%的出廠新品因種種原因需要回收。

3、不耐受過充：過充電時，過量嵌入的鋰離子會永久固定于晶格中，無法再釋放，可導致電池壽命短。

4、不耐受過放：過放電時，電極脫嵌過多鋰離子，可導致晶格坍塌，從而縮短壽命。

鋰離子電池的種類

根據(jù)正極所用的金屬材料的不同，鋰離子電池分為幾個種類。最初鋰離子電池的正極所用的金屬材料是鈷。不過鈷的產(chǎn)量幾乎與鋰同樣少，也是稀有金屬，制造成本高。因此開始使用廉價且環(huán)境負荷小的材料，例如錳、鎳、鐵等金屬。鋰離子電池按其所使用的材料而分類，下面來看看各種類分別都有哪些特點

鈷系鋰離子電池:

正極使用鈷酸鋰。鈷酸鋰比較容易合成，便于使用，因而鋰離子電池最早量產(chǎn)的是鈷酸鋰離子電池。但由于鈷是稀有金屬，價格昂貴，幾乎沒有被用于汽車零件。

錳系鋰離子電池:

正極使用錳酸鋰。優(yōu)點是電壓能與鈷系鋰離子電池差不多，而且制造成本廉價。缺點是充放電中錳可能會熔化于電解質(zhì)，縮短電池的壽命。

磷酸鐵系鋰離子電池

正極使用磷酸鐵鋰。磷酸鐵系鋰離子電池的優(yōu)點在于即使內(nèi)部發(fā)熱結構也難以損壞，安全性高，而且以鐵為原料，制造成本比錳系更低。但是電壓比其他的鋰離子電池低。

三元系鋰離子電池

三元系鋰離子電池是為了減少鈷的用量，使用鈷、鎳、錳三種材料制造的電池。現(xiàn)在三元系鋰離子電池大多鎳的比例較高。雖然電壓比鈷系、錳系略低，但能減少制造成本。不過雖說如此，各個材料的合成制備較難，穩(wěn)定性低等。

鋰離子電池的電化學

和所有化學電池一樣，鋰離子電池也由三個部分組成：正極、負極和電解質(zhì)。習慣上，鋰離子進入正極材料的過程叫“嵌入”，離開的過程叫“脫嵌”；鋰離子進入負極材料的過程叫“插入”，離開的過程叫“脫插”。

正極半反應是：

負極半反應是：

總體反應有局限性。過放電supersaturates鋰鈷氧化物，導致產(chǎn)生的氧化鋰，可能是由以下的不可逆反應

鋰離子電池的產(chǎn)生電的工作原理

電池里有使用金屬材料的正電極（正極）和負電極（負極），借由離子而導電的物質(zhì)（電解質(zhì)）充滿在正負極之間。金屬電極被電解質(zhì)熔化，分為離子和電子，電子從負極向正極移動產(chǎn)生電流，這時便產(chǎn)生電。二次電池是在開始使用電池之前通過充電，預先將電子儲蓄在負極，使用電池時儲蓄的電子向正極移動從而產(chǎn)生電。

鋰離子電池是預先在正極使用含鋰金屬化合物，負極使用能吸儲鋰的碳(石墨)。通過這樣的結構，無須如傳統(tǒng)電池一般由電解質(zhì)熔化電極就能發(fā)電，從而減緩了電池本身的老化，不僅能儲蓄更多的電，充放電的次數(shù)也得以增加。此外，鋰是非常小而輕的物質(zhì)，從而能使電池具有小型輕量化等各種優(yōu)點。

鋰離子電池中的電解液可以是凝膠體、聚合物（鋰離子/鋰聚合物電池）、或凝膠體與聚合物的混合物。因為目前尚未發(fā)現(xiàn)能夠在室溫條件下有效運送鋰離子的聚合物，所以大多數(shù)的“塑膠封袋”鋰離子/ 鋰聚合物電池事實上都是結合凝膠體和聚合物的混合型電池。

正極或負極必須具有類似海綿的物理結構，以釋放或接收鋰離子。在放電時，鋰離子從負極材料移出至電解液，再像水進入海綿一樣地進入正極材料，這個過程被稱為嵌入(Intercalation)。充電的過程則完全相反。

正極

正極材料：可選的正極材料很多，目前主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：

正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。

充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe?

放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe? → LiFePO4

負極

負極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。

負極反應：放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。

充電時：xLi+ + xe? + 6C → LixC6

放電時：LixC6 → xLi+ + xe? + 6C

電解質(zhì)溶液

溶質(zhì)：常采用鋰鹽，如高氯酸鋰（LiClO4）、六氟磷酸鋰（LiPF6）、四氟硼酸鋰（LiBF4）。

溶劑：由于電池的工作電壓遠高于水的分解電壓，因此鋰離子電池常采用有機溶劑，如乙醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等。有機溶劑常常在充電時破壞石墨的結構，導致其剝脫，并在其表面形成固體電解質(zhì)膜（solid electrolyte interphase，SEI）導致電極鈍化。有機溶劑還帶來易燃、易爆等安全性問題。