充放電 電子互逃

目前，各大電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)使用的比較盛行的動(dòng)力電池類(lèi)型主要有兩種，一是磷酸鐵鋰電池，二是三元鋰電池。然而不論是哪一種電池，其充電的過(guò)程大致可以分為以下四個(gè)階段，即恒流充電階段、恒壓充電階段、充滿(mǎn)階段、浮充充電階段。

在恒流充電階段，充電電流保持恒定，充入電量快速增加，電池電壓也隨之上升。到了恒壓充電階段，顧名思義，充電電壓會(huì)保持恒定，雖然充入電量會(huì)繼續(xù)增加，但是電池電壓上升緩慢，充電電流也會(huì)下降。到了電池充滿(mǎn)階段，充電電流下降到低于浮充轉(zhuǎn)換電流，充電器充電電壓降低到浮充電壓。在浮充充電階段，充電電壓會(huì)保持為浮充電壓。

鋰離子電池的充放電過(guò)程就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在整個(gè)充電過(guò)程中，正極上的電子會(huì)通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極穿過(guò)電解液，穿過(guò)隔膜材料，最終到達(dá)負(fù)極，并在此停留與“駐地”的電子結(jié)合在一起，被還原成Li鑲嵌在負(fù)極的碳素材料中。資料顯示，作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量也就越高。電流越大，充電越快，但是電池發(fā)熱也就越大。充電電流過(guò)大，反而容易充不滿(mǎn)，因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)也需要時(shí)間。

相反，當(dāng)電池放電時(shí)（即使用電池的過(guò)程），鑲嵌在負(fù)極碳素材料中的Li失去電子，負(fù)極上的電子通過(guò)外部電路“運(yùn)動(dòng)”到正極上，正鋰離子Li+從負(fù)極越過(guò)電解液，越過(guò)隔膜材料，到達(dá)正極，并與“駐地”的電子結(jié)合在一起。同樣，返回正極的鋰離子越多，放電的容量也就越高。

保效率 四大材料

在動(dòng)力電池充放電過(guò)程中，各類(lèi)關(guān)鍵性材料（比如正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等）各起到哪些作用？

第一是正極材料，就正極材料而言，其活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等材料，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。

第二是負(fù)極材料，負(fù)極材料大體分為碳負(fù)極、錫基負(fù)極、鋰過(guò)渡金屬氮化物負(fù)極、合金類(lèi)負(fù)極、納米級(jí)負(fù)極、納米材料這幾種。其中，實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹(shù)脂碳等。就納米氧化物材料而言，據(jù)悉，根據(jù)2009年鋰電池新能源行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的最新動(dòng)向，一些公司已經(jīng)開(kāi)始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在傳統(tǒng)的石墨、錫氧化物、納米碳管里面，極大地提高鋰電池的充放電量和充放電次數(shù)。

第三是電解質(zhì)溶液，通常采用鋰鹽，如高氯酸鋰(LiClO 4 )、六氟磷酸鋰(LiPF 6 )、四氟硼酸鋰(LiBF 4 )等。由于電池的工作電壓遠(yuǎn)高于水的分解電壓，因此鋰離子電池常采用有機(jī)溶劑，但是有機(jī)溶劑常常在充電時(shí)破壞石墨的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其剝脫，并在其表面形成固體電解質(zhì)膜導(dǎo)致電極鈍化。而且還可能帶來(lái)易燃、易爆等安全性問(wèn)題。

第四是隔膜，作為電池的關(guān)鍵零部件之一，隔膜性能的優(yōu)勢(shì)決定電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池的容量、循環(huán)性能，充放電電流密度等關(guān)鍵特性。一般而言，常用的隔膜有單層和多層隔膜等幾種類(lèi)型。據(jù)了解，國(guó)產(chǎn)的一些公司會(huì)選稍厚一點(diǎn)的隔膜，部分企業(yè)使用的隔膜厚度有的達(dá)到40um左右。由于隔膜生產(chǎn)較高的技術(shù)門(mén)檻，國(guó)內(nèi)鋰離子電池隔膜技術(shù)與國(guó)外尚有一些差距。

資料顯示，隔膜是一種特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，在吸收電解液后，可隔離正、負(fù)極以防止短路。同時(shí)給鋰離子電池提供實(shí)現(xiàn)充放電功能、倍率性能的微孔通道，實(shí)現(xiàn)鋰離子的傳導(dǎo)。在電池過(guò)充或者溫度變化較大時(shí)，隔膜通過(guò)閉孔來(lái)阻隔電流傳導(dǎo)以防止爆炸。

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