鋰離子電池（Li-ionBatteries）是鋰電池發(fā)展而來。在介紹Li-ion之前，應(yīng)先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。這種電池也可能充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中，容易形成鋰枝晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。Li-ionBatteries就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以Li-ionBatteries又叫搖椅式電池。

鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列：

（1）正極活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

（2）隔膜一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。

（3）負極活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

（4）有機電解液溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。

（5）電池外殼分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。

隔膜?Separator

目前?在制造鋰離子電池用的所有的原材料中?只有隔膜還需要進口?其余材料國內(nèi)都有生產(chǎn)。所以?這里我們首先介紹以下有關(guān)隔膜的知識。

在鋰離子電池中，隔膜的作用是：

1、正極和負極隔開，避免兩個電極接觸因而發(fā)生短路;

2、給鋰離子提供足夠多的孔隙，使電池在充電時鋰離子從正極的活性材料解嵌出來，經(jīng)過隔膜向負極流動;而在放電時則讓鋰離子從負極解嵌經(jīng)過隔膜流向正極。為此，隔膜上要有空隙。

由于鋰離子電池不斷向大的容量，小型化和輕量化方向發(fā)展，因此要求隔膜要滿足下列要求：

從提高傳導(dǎo)鋰離子的能力上要求：

（1）隔膜要有足夠大的空隙率，以利于鋰離子從孔隙中通過?孔隙率一般在30-60%?

（2）隔膜材料對于電解質(zhì)溶液具有一定的親合能力?以便容納電解質(zhì)溶液，以上兩點都是為了降低電池的內(nèi)阻?以有利于鋰離子流動，從而降低電池內(nèi)阻；

從電池的安全性上要求：

（3）孔隙不可過大，避免發(fā)生微短路；

（4）有足夠大的抗穿刺的能力，避免被一些顆粒刺穿隔膜，引起局部短路；

（5）隔膜材料具有足夠的化學穩(wěn)定性，和電解液不發(fā)生化學作用；

（6）隔膜要有閉合孔隙的功能（shutdown），在電池遇到意外事故而升溫時，隔膜的空隙受熱而熔化閉合，阻止鋰離子流動，亦即切斷了電流，防止有著火和爆炸等更大的事故發(fā)生；

（7）隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能小；

從電池的容量考慮：

（8）隔膜要盡可能薄以減少隔膜在電池內(nèi)占有的空間;一般隔膜厚度在10-50μm，從保障安全考慮，鋰離子電池的容量越大，所使用的隔膜越厚。例如：一般手機用電池可以采用16μm的隔膜，18650電池采用25μm的隔膜，動力電池采用40μm的隔膜。

從加工性能上考慮：

（9）?有足夠大的拉伸強度，以便在組裝電池時隔膜不會被拉斷或撕裂。

制造鋰離子電池隔膜的難點在于?上述種種要求中有不少是相互矛盾的。例如：為了降低內(nèi)阻，要求隔膜的孔隙率要高，但隔膜的孔隙率越高，隔膜的強度越差，越容易發(fā)生短路，同樣，為了提高容量，隔膜要盡可能薄，但越薄強度越差。

鋰離子電池由于材料體系及制成工藝等諸多方面因素的影響，存在發(fā)生內(nèi)短路的風險。雖然鋰離子電池在出廠時都已經(jīng)經(jīng)過嚴格的老化及自放電篩選，但由于過程失效及其他不可預(yù)知的使用因素影響，依然存在一定的失效概率導(dǎo)致使用過程中出現(xiàn)內(nèi)短路。對于動力電池，其電池組中鋰離子電池多達幾百節(jié)甚至上萬節(jié)，大大放大了電池組發(fā)生內(nèi)短的概率。由于動力電池組內(nèi)部所蘊含的能量極大，內(nèi)短路的發(fā)生極易誘發(fā)惡性事故，導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。

對于并聯(lián)的鋰離子動力電池模組，當其中一節(jié)或幾節(jié)電池發(fā)生內(nèi)短時，電池模組中的其他電池會對其放電，電池組的能量會使內(nèi)短電池溫度急速升高，極易誘發(fā)熱失控，最終導(dǎo)致電池起火爆炸。如示意圖1所示

圖1：模組中單節(jié)電池內(nèi)短示意

常規(guī)的溫度探測在電池升溫時，雖然可以告知IC切斷主回路，但無法阻止并聯(lián)電池模組內(nèi)部的持續(xù)放電，并且由于主回路切斷，電池模組所有的能量都集中于內(nèi)短路電池，反而增加了熱失控發(fā)生的幾率。

理想的方案是，在發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池發(fā)生內(nèi)短而升溫時，可以切斷該節(jié)電池與模組中其他電池的連接回路。如圖2所示，在單節(jié)電池上組裝TEppTC或者MHp-TA系列產(chǎn)品，當內(nèi)短路發(fā)生時TE保護器件可以有效地阻斷內(nèi)短路電池與模組內(nèi)其他電池的聯(lián)系，防止惡性事故的發(fā)生。對于單體電池數(shù)量大的動力電池組，配組時對電池及器件內(nèi)阻一致性要求較高，而MHp-TA由于其內(nèi)部雙金屬結(jié)構(gòu)，器件電阻的一致性非常好，可以極大地滿足對于電池內(nèi)阻的要求。

圖2：電池內(nèi)短路保護解決方案

鋰離子動力電池的系統(tǒng)組成及實際路況復(fù)雜，被動器件的防護是必不可少的。