假如見過鋰離子電池電芯的話一定了解，它的外觀跟我們常用的5號(hào)電池差不多，只是尺寸稍微大一點(diǎn)。我們從外部就能看到電池的正極和負(fù)極，以及整個(gè)電池的外殼。而電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和工作原理又是怎么樣的呢？

電池內(nèi)部重要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜4部分組成，這些材料被封裝在一個(gè)圓柱形的鋼瓶?jī)?nèi)。由于正極材料上有很多微型的孔洞，所以可以儲(chǔ)存大量電子。在放電過程中，這些電子通過外電路，移動(dòng)到正極材料上。當(dāng)電池接通外部用電器之后，會(huì)形成從正極到用電器再到負(fù)極的回路。這就是電池的基本工作原理。

負(fù)極材料其實(shí)是我們很常見的石墨。由于石墨天然具有很多孔洞，并且導(dǎo)電性好，其能夠抓住電子的容量要大大超過正極材料。所以關(guān)于鋰離子電池來說，重要的瓶頸卡在正極材料上。這也是各大電池公司為了提高鋰離子電池的帶電量（能量密度），不斷的在對(duì)正極材料性能進(jìn)行改進(jìn)的原因。我們常說的三元鋰和磷酸鐵鋰，指的都是正極材料。

▲被封裝好的電芯（圓柱形）

在傳統(tǒng)的鉛酸電池領(lǐng)域，電解液采用的是成本極低的稀硫酸。這也是為何我們有時(shí)在更換汽車電瓶時(shí)，一個(gè)新電瓶在首次使用的時(shí)候要往里面加注一次液體，這個(gè)液體就是電解液。由于稀硫酸的重要成分是水，水在酸性粒子的用途下會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電性，所以可以在電池內(nèi)部行成電流回路。但由于水的導(dǎo)電性差，傳統(tǒng)鉛酸電池的電壓只有不到2伏，而我們使用的鋰離子電池，單個(gè)電芯的電壓可以達(dá)到3-4伏，所以要用鋰鹽來替代傳統(tǒng)的水基電解液。

隔膜的用途是用來阻斷電子，讓電子沿著外電路路徑流動(dòng)，但離子可以通過隔膜，這樣既能行成回路，又不會(huì)讓正負(fù)極短路。

■鋰離子電池的充放電原理

鋰離子電池之所以能夠充放電，其本質(zhì)是在充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在放電時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過程。簡(jiǎn)單說就是，充電時(shí)鋰離子從正極材料通過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料中；放電時(shí)鋰離子從負(fù)極材料經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中，而電子則通過外電路，形成電流。關(guān)于鋰離子電池而言，正極材料的性能至關(guān)重要，它必須具備良好的導(dǎo)電性能、與電解質(zhì)有良好的相容性以及出色的穩(wěn)定性。

■磷酸鐵鋰和三元鋰的性能差別

磷酸鐵鋰離子電池有著較高的安全性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過，經(jīng)過1600次充放電循環(huán)后，磷酸鐵鋰離子電池仍然可以具備80%的帶電量。不僅如此，在大功率放電過程中，磷酸鐵鋰離子電池的表現(xiàn)也非常穩(wěn)定。這是我們經(jīng)常遇到的使用場(chǎng)景：在急加速或者跑高速時(shí)，電池要大功率放電，而在這個(gè)過程中，電壓的穩(wěn)定能讓車輛具備更好的性能。而且在大功率放電過程中電池的實(shí)際容量會(huì)減小，這也是為何電動(dòng)汽車跑高速續(xù)航里程會(huì)降低的原因之一，而磷酸鐵鋰離子電池在穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)非常突出。

▲純電動(dòng)汽車使用的電池包和電動(dòng)機(jī)總成

磷酸鐵鋰的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是安全性高。可耐受700-800度高溫，關(guān)于穿刺、撞擊、短路等極端形況不會(huì)釋放出氧分子，所以不會(huì)劇烈燃燒爆炸。這也是為何比亞迪至今仍然在載客人數(shù)較多的客車中使用磷酸鐵鋰離子電池的原因。因?yàn)榭蛙囕d客人數(shù)多，相比乘用車對(duì)安全性要求更高，但對(duì)重量和體積又沒那么敏感，所以磷酸鐵鋰是非常好的選擇。

不過磷酸鐵鋰也有兩個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)：第一是能量密度相對(duì)較低、重量大體積大；第二是對(duì)溫度相對(duì)敏感，低溫環(huán)境下，帶電量會(huì)明顯下降。由于能量密度達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的150瓦時(shí)/千克的要求，所以不適合大規(guī)模應(yīng)用在乘用車中。

▲帶水冷系統(tǒng)和均衡控制的電池包總成

三元電池中現(xiàn)在重要有兩種技術(shù)路線，分別是鎳鈷錳和鎳鈷鋁，其中又以鎳鈷錳三種元素的組合最具代表性。它結(jié)合鈷酸鋰，鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際上是把三種材料整合在了一起。所以其綜合性能比單一材料要更好，其能量密度可以超過200瓦時(shí)/千克，所以能量密度是三元鋰的最大優(yōu)勢(shì)。

但是與磷酸鐵鋰相反的是，三元鋰的安全性較差，最高耐受溫度為250-300度。所以遇到撞擊、穿刺，很容易發(fā)生起火爆炸。所以關(guān)于冷卻系統(tǒng)，以及整個(gè)電池包的熱管理系統(tǒng)要投入更高的成本開發(fā)和設(shè)計(jì)。