锂离子是指可充电（或二次）锂电池。它们不应与我们在什么是锂金属电池一文中处理的锂金属一次性电池相混淆。

锂离子电池领域是一种快速发展的产品，基于稍微不同的化学物质的新变化变得越来越频繁。同时，实际的构造方法也在不断发展，以允许更大的形状灵活性以及字面灵活性，因此单元可以弯曲而不会损坏。

锂离子电池的基本结构

在非常基本的层面上，锂离子电池由以下部分组成：

• 阳极正极板。
• 阴极负极板
• 一种隔板，以确保板不接触但足够多孔，以允许两者之间通过电解质溶液发生化学反应

上图仅用于说明，需要注意的是，极板和隔膜通常缠绕得更紧，而电解液有时只是简单地浸入隔膜中，或者本身可以是干粉。

（如何用抄本制作锂电池的视频）

阳极、阴极和隔膜均以极高的精度制造。电池中的阳极和阴极越多，它可以传递的能量就越多，因此隔膜的厚度可以不超过 25 µm。这大约是人类头发厚度的一半。

锂离子电池的制造过程

1) 在某些制造过程中，隔膜在缠绕之前会用电解液浸泡

如果您想更好地了解制造过程，可以阅读 Nathan Seidle 撰写的一篇出色的博客文章，他在其中记录了他在中国工厂的锂聚合物生产线的参观.

锂离子电池尺寸

虽然上面的制造工艺流程图可以传达锂离子电池可以采用的多种形式和形状，但它并不能反映电池可以采用的尺寸的巨大多样性。在规模超小的一端，电池小于0.5mm 厚，可用作信用卡的内部部件。在更大的方面，砖块大小的电池被制造出来，并在电池组中连接在一起，为公共汽车供电。

简而言之，锂离子电池提供了一种形状和尺寸几乎无限的可充电电池，并在需要的地方提供各种形式的端子。

锂离子电池中的附加元素

上述锂离子电池的基本结构显示了使电池在商业应用中发挥作用所需的部件，但通常会添加许多其他元素。这些旨在避免因制造缺陷或滥用（例如不正确充电）引起的火灾或爆炸（请参阅锂电池的安全问题）。

下图显示了这些额外的添加：

• 垫片密封- 负极端子通常直接连接到电池盒，实际上使整个电池盒成为负极端子。垫圈密封将外壳与正极端子分开
• 正极端子排气口——这些只是正极端子上的孔，用于排出 CID 中压力排气口释放的任何气体（见下文）
• PTC（正温度系数 ，有时也称为“压力、温度、电流开关”）——如果电池变得过热，这种材料的电阻会增加，从而有效地切断电池的正极端子。
• CID（电路中断装置） ——一种金属合金元件，当温度升高到某一点以上时会改变形状，从而将正极端子与电池断开。
• 压力排放– 故障电池会产生大量热气，如果不释放，可能会导致火灾或爆炸。
• CID 绝缘体- 确保标签安装盘不会在任何地方接触电路中断设备，除非在设计用于在高温下改变形状的点
• 标签安装盘- 确保与正极标签的牢固连接。

需要注意的是，大量低价出售的无品牌锂电池不含这些元素。公认的品牌名称将能够提供有关它们在逐个电池的基础上包含哪些元素的详细信息。

锂离子电池的演变

自 1991 年以来，六种锂离子电池类型已进入主流市场：

• 1991 –钴酸锂（Li-cobalt 或 LCO） – 能量重量比为 150-200Wh/kg，这是智能手机、笔记本电脑和相机的首选电池，即使它们不能快速充电且使用寿命短.
• 1996 –锂锰氧化物（锂锰或 LMO） – 一种更安全的电池，但具有更短的日历和循环寿命。然而，它更擅长提供大电流，因此在电动汽车和电动工具中很受欢迎。
• 1996 –磷酸铁锂（磷酸锂或 LFP） – 一种非常安全的电池，即使被滥用，也具有较长的循环寿命和产生高电流的能力，但锂离子电池的日历寿命最短。通常用作混合动力汽车或配备在静止时关闭的发动机的汽车中的起动电池的替代品。
• 1999 -锂镍钴铝氧化物（锂铝或 NCA） - 提供出色的能量重量比，但生产成本高且循环寿命非常短，主要限于特定的工业和医疗应用。
• 1999 –钛酸锂（钛酸锂或 LTO） – 具有出色的放电能力，并且在低温下运行良好（在 -22°F (-30°C) 时容量高达 80%，但制造成本高且重量能量低比率将其使用限制在某些类型的不间断电源 (UPS) 和太阳能应用，例如街道照明。
• 2008 –锂镍锰钴氧化物(NMC) – 一种持久耐用的电池，可以产生电动工具和小型电动汽车所需的高功率，但具有中等能量重量比。

该时间表并未反映不断的改进，但确实表明随着时间的推移引入不同的锂电池通常是基于所需的特定结果，例如更轻的重量或在特定温度下运行的能力。

虽然化学成分可能会有所不同，但电池的实际物理构造也会有所不同，如上面的制造过程所示。三种最知名的类型是：

• 圆筒- 盘子被缠绕成圆形（称为果冻卷或瑞士卷），顶部和底部都有端子。
• 罐头– 极板缠绕成半矩形形状，因此电池可以很宽，但比圆柱体更扁平，用于手机和平板电脑等应用。
• 袋子——这些盘子被放置在一个灵活的箔容器中，该容器通常可以弯曲以适应复杂的空间。

因此，与许多其他电池类型相比，锂电池最重要的优势之一是它能够制造成特定形状甚至是不具有实心形状的结构，并且可以根据需要弯曲而不会损坏内部组件。

锂离子电池类型的比较

锂离子电池有两种主要类型：

• 钴基——在长时间提供低能量方面表现出色。手机、笔记本电脑、相机等中的首选化学物质。
• 锰基——更擅长快速提供大电流，因此可用于电动工具和电动汽车等应用。然而，当用于笔记本电脑等应用时，它们的使用寿命是钴同类产品的一半。

锂离子电池的开发主要围绕着通过添加铁、铝和镍等金属来寻找一种既能满足长时间放电又能满足高能量需求的电池。

虽然在容量（能量/重量比）和生命周期方面似乎有明显更好的选择，但工程师还需要考虑其他因素，例如安全性、循环次数或电池快速充电的能力。因此，选择哪种电池很大程度上取决于设备的要求。例如，用于心脏起搏器的电池需要提供稳定的能量、使用寿命长且安全——这三项要求的排名远高于其他需求。

然而，上述数字也应谨慎对待，因为不同的制造商使用他们声称的相同化学混合物生产具有不同能力的电池。例如，2015 年 3 月，卡尔斯鲁厄理工学院的 Andreas Gutsch 公布了锂离子生命周期的测试结果并发现在 1,000 次循环后，一些电池会损失高达 30% 的容量——即无法完全充电。尽管电池类型在理论上是相同的，但结果因制造商和原产国而异。

在电动汽车等应用中，这可以在一次充电可以行驶多远以及在电池生命周期内行驶多远方面产生很大的不同。一块满负荷的电池或许可以为电动汽车提供 500 公里的动力。在 70% 的容量下，这个数字下降到 350 公里。数百次充电和放电，这加起来相差数千公里。

类似的争论围绕着日历寿命，因为许多锂离子技术太新，无法始终如一地证明这些数字。

考虑到这一点，下表根据锂离子电池类型的一些特性从顶部的“最佳”到底部的“最差”排名，使用当前可用的数据并假设电池来自信誉良好的制造商。在显示不止一种电池类型的情况下，这意味着它们的性能大致相似。

锂离子电池与其他电池化学成分

当锂金属（一次性）电池在 1970 年代首次商业化时，大多数便携式设备由镍镉电池供电。可充电锂离子电池直到 1990 年代初才首次亮相，但从那时起它们就没有停止发展。

与其他电池化学成分相比，它们具有许多优势：

• 它们存储的能量是铅酸电池的四倍以上，是镍基电池的两倍。
• 它们不仅可以存储更多，而且可以在更小的空间内进行，使它们的能量密度是镍镉的两倍。
• 与镍镉相比，它们维护成本低，更易于存储，自放电率小得多。
• 锂离子电池产生 3.6 伏特，是镍镉电池 1.2 伏特的三倍。
• 从环境的角度来看，如果处置不当，它们的破坏性较小

但这并不是一条单行道。锂离子一直受到安全问题的困扰。最值得注意的是热失控——当电池短路或充电不正确时，会产生极热，可能引发火灾，YouTube 不乏例子来证明这个问题！因此，现代锂离子电池必须配备增加重量和成本的功能。鉴于此，与镍镉相比，锂已经是一种更昂贵的电池。这些要求现在使其制造成本增加了近 50%。