用于便攜式應(yīng)用的大多數(shù)鋰離子電池都是鈷基的。該系統(tǒng)由氧化鈷正極（陰極）和負(fù)極（陽(yáng)極）中的石墨碳組成。鈷基電池的主要優(yōu)點(diǎn)之一是高能量密度。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行使這種化學(xué)成分對(duì)手機(jī)、本電腦和相機(jī)具有吸引力。

廣泛使用的鈷基鋰離子具有缺點(diǎn);它提供相對(duì)較低的放電電流。高負(fù)荷會(huì)使包裝過(guò)熱，其安全性將受到損害。鈷基電池的安全電路通常限于約1C的充電和放電速率。這意味著2400mAh18650電池只能以2.4A的最大電流進(jìn)行充電和放電。另一個(gè)缺點(diǎn)是循環(huán)和老化引起的內(nèi)阻增加。使用2-3年后，由于高內(nèi)阻引起的負(fù)載下的大電壓降，電池組經(jīng)常變得無(wú)法使用。

1996年，科學(xué)家成功地使用鋰錳氧化物作為陰極材料。該物質(zhì)形成三維尖晶石結(jié)構(gòu)，改善電極之間的離子流動(dòng)。高離子流降低了內(nèi)阻并增加了負(fù)載能力。循環(huán)時(shí)電阻保持較低，但電池老化，整體使用壽命與鈷相似。尖晶石具有固有的高熱穩(wěn)定性，并且比鈷系統(tǒng)需要更少的安全電路。低內(nèi)部電池電阻是高速率能力的關(guān)鍵。該特性有利于快速充電和高電流放電。18650電池中基于尖晶石的鋰離子可在20-30A放電，積聚邊緣熱量。允許兩倍于指定電流的短一秒負(fù)載脈沖。

尖晶石電池也有缺點(diǎn)。與鈷基系統(tǒng)相比，最顯著的缺點(diǎn)之一是容量較低。尖晶石在18650封裝中提供大約1200mAh，約為鈷當(dāng)量的一半。盡管如此，尖晶石仍然提供比鎳基等效物高約50％的能量密度。

鋰離子電池的種類

鋰離子電池尚未完全成熟，技術(shù)也在不斷改進(jìn)。今天的電池中的陽(yáng)極由石墨混合物構(gòu)成，陰極是鋰和其他選擇金屬的組合。應(yīng)注意，電池中的所有材料都具有理論能量密度。使用鋰離子電池，陽(yáng)極得到了很好的優(yōu)化，在設(shè)計(jì)變化方面幾乎沒(méi)有什么改進(jìn)。然而，陰極顯示出進(jìn)一步增強(qiáng)的希望。因此，電池研究主要集中在陰極材料上。另一個(gè)有潛力的部分是電解質(zhì)。電解質(zhì)用作陽(yáng)極和陰極之間的反應(yīng)介質(zhì)。

電池行業(yè)每年的增量容量增長(zhǎng)率為8-10％。預(yù)計(jì)這種趨勢(shì)將持續(xù)下去。然而，這與摩爾定律相去甚遠(yuǎn)，摩爾定律規(guī)定每18至24個(gè)月芯片上的晶體管加倍。將這種增加轉(zhuǎn)化為電池意味著每?jī)赡暝黾右槐兜娜萘俊ｄ囯x子電池在10年內(nèi)的能源容量翻了一番，而不是兩年。

今天的鋰離子有許多"味道"，組成的差異主要與陰極材料有關(guān)。下表1總結(jié)了當(dāng)今市場(chǎng)上最常用的鋰離子電池。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將化學(xué)分析為四組，即鈷，錳，鎳鈷錳和磷酸鹽。

化學(xué)名稱材料縮寫(xiě)簡(jiǎn)寫(xiě)筆記

鋰鈷氧化物1還有鋰鈷或鋰離子鈷）LiCoO2

（60％Co）LCO鋰鈷

大容量;用于手機(jī)筆記本電腦，相機(jī)

鋰

錳氧化物1

也是錳酸鋰

或鋰離子錳LiMn2O4LMO鋰錳或尖晶石

最安全;比鈷鋰容量低，但比功率高，壽命長(zhǎng)。

電動(dòng)工具，

電動(dòng)自行車，EV，醫(yī)療，業(yè)余愛(ài)好者。

磷酸鐵鋰1LiFePO4LFP磷酸鋰

鋰鎳錳鈷氧化物1，也是鋰-錳-鈷-氧化物L(fēng)iNiMnCoO2

（10-20％Co）NMCNMC

鋰鎳鈷鋁氧化物1LiNiCoAlO2

9％Co）NCANCA

在電動(dòng)動(dòng)力總成和電網(wǎng)存儲(chǔ)方面獲得重要地位

鈦酸鋰2Li4Ti5O12LTO鋰鈦

表1：鋰離子電池的參考名稱。我們將在適當(dāng)時(shí)使用簡(jiǎn)短形式。

1陰極材料

2陽(yáng)極材料

1991年首次出現(xiàn)鈷基鋰離子，由索尼推出。由于其高能量密度，這種電池化學(xué)獲得了快速的認(rèn)可。可能由于較低的能量密度，基于尖晶石的鋰離子起始較慢。在1996年推出時(shí)，世界要求更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。由于許多便攜式設(shè)備需要高電流速率，尖晶石現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)移到前線并且需求量很大。要求非常高，生產(chǎn)這些電池的制造商無(wú)法滿足需求。這就是為什么這么少的廣告宣傳這個(gè)產(chǎn)品的原因之一。E-OneMoliEnergy（加拿大）是圓柱形尖晶石鋰離子的領(lǐng)先制造商。他們專注于18650和26700格式。其他專注于鋰離子尖晶石的主要參與者有三洋、松下和索尼。

索尼專注于鎳鈷錳（NCM）版本。陰極在晶體結(jié)構(gòu)中包含鈷，鎳和錳，形成加入鋰的多金屬氧化物材料。制造商在該電池系列中提供一系列不同的產(chǎn)品，滿足需要高能量密度或高負(fù)載能力的用戶。應(yīng)該注意的是，這兩個(gè)屬性不能組合在一個(gè)相同的包中;兩者之間有牽制。請(qǐng)注意，NCM充電至4.10V/電池，比鈷和尖晶石低100mV。將該電池化學(xué)成分充電至4.20V，電池將提供更高的容量，但循環(huán)壽命將縮短。循環(huán)計(jì)數(shù)將減少至約300，除非在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中才能實(shí)現(xiàn)800循環(huán)。

鋰離子系列的最新成員是A123系統(tǒng)，其中陰極中添加了納米磷酸鹽材料。它聲稱具有最高功率密度W/kg的市售鋰離子電池。電池可在35℃下連續(xù)放電至100％放電深度，并可承受高達(dá)100℃的放電脈沖。基于磷酸鹽的系統(tǒng)具有約3.3V/電池的標(biāo)稱電壓，并且峰值充電電壓為3.60V。這低于鈷基鋰離子，電池需要指定的充電器。ValanceTechnology是第一家將磷酸鹽鋰離子商業(yè)化的公司，他們的產(chǎn)品以Saphion?名稱出售。

比較了三種鋰離子化學(xué)物質(zhì)的能量密度（Wh/kg），并將它們與傳統(tǒng)的鉛酸，鎳鎘，鎳-金屬氫化物相比較。人們可以看到錳和磷酸鹽相對(duì)于舊技術(shù)的逐步改進(jìn)。鈷具有最高的能量密度，但熱穩(wěn)定性較差，無(wú)法提供高負(fù)載電流。

能量密度和功率密度的定義

能量密度（Wh/kg）是電池能夠容納多少能量的量度。能量密度越高，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)。具有鈷陰極的鋰離子提供最高的能量密度。典型應(yīng)用包括手機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)。

功率密度（W/kg）表示電池可按需提供多少功率。重點(diǎn)是電力爆發(fā)，例如通過(guò)重型鋼鉆孔而不是運(yùn)行時(shí)間。基于錳和磷酸鹽的鋰離子以及鎳基化學(xué)品是表現(xiàn)最好的。具有高功率密度的電池用于電動(dòng)工具，醫(yī)療設(shè)備和運(yùn)輸系統(tǒng)。

能量和功率密度之間的類比可以用水瓶進(jìn)行。瓶子的大小是能量密度，而開(kāi)口是功率密度。一個(gè)大瓶子可以攜帶大量的水，而一個(gè)大的開(kāi)口可以很快地堵塞它。寬口大容器是最好的組合。

與電壓混淆

在過(guò)去10年左右，已知鋰離子的標(biāo)稱電壓為3.60V/電池。這是一個(gè)相當(dāng)方便的數(shù)字，因?yàn)樗鼜浹a(bǔ)了三個(gè)串聯(lián)的鎳基電池（1.2V/電池）。使用較高的鋰離子電池電壓反映了紙上更好的瓦特/小時(shí)讀數(shù)并且具有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，然而，設(shè)備制造商將繼續(xù)假設(shè)電池為3.60V。

鋰離子電池的標(biāo)稱電壓通過(guò)采用約4.20V的完全充電電池計(jì)算，在0.5C的速率下將其完全放電至約3.00V，同時(shí)測(cè)量平均電壓。

由于內(nèi)阻較低，尖晶石系統(tǒng)的平均電壓將高于鈷基等效電阻。純尖晶石具有最低的內(nèi)阻，標(biāo)稱電池電壓為3.80V。例外的是基于磷酸鹽的鋰離子。該系統(tǒng)偏離了傳統(tǒng)的鋰離子系統(tǒng)

適度延長(zhǎng)電池壽命

如果以溫和的方式處理，電池壽命更長(zhǎng)。高充電電壓，過(guò)高的充電速率和極端負(fù)載條件會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。壽命通常是施加環(huán)境壓力的直接結(jié)果。以下指南建議了延長(zhǎng)電池壽命的方法。

-電池保持在4.20/電池的時(shí)間應(yīng)盡可能短。長(zhǎng)時(shí)間的高壓會(huì)促進(jìn)腐蝕，特別是在高溫下。尖晶石對(duì)高壓不太敏感。

-3.92V/電池是鈷基鋰離子的最佳上限電壓閾值。將電池充電至此電壓水平已顯示出使循環(huán)壽命延長(zhǎng)。用于特種應(yīng)用的鋰離子系統(tǒng)利用較低的電壓閾值。負(fù)面的是容量低得多。

-鋰離子的充電電流應(yīng)適中（鈷基鋰離子為0.5C）。較低的充電電流減少了電池在4.20V的時(shí)間。0.5C充電僅略微增加1C以上的充電時(shí)間，因?yàn)轫敳砍潆妼⒏獭８唠娏鞒潆娡鶗?huì)過(guò)早地將電壓推入電壓限制。

-不要過(guò)度放電鋰離子。相反，經(jīng)常充電。鋰離子電池沒(méi)有像鎳鎘電池那樣的記憶問(wèn)題。調(diào)理不需要深度放電。

-不要在冰點(diǎn)或低于冰點(diǎn)溫度下充電鋰離子。雖然接受充電，但會(huì)發(fā)生不可逆的金屬鋰電鍍，這會(huì)損害電池組的安全性。

鋰離子電池不僅充電速度更慢，而且壽命更長(zhǎng);適度的出院率也有幫助。

電池專家一致認(rèn)為，鋰離子的壽命會(huì)因充電和放電率等其他因素而縮短。盡管通過(guò)謹(jǐn)慎使用可以實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式改進(jìn)，但我們的環(huán)境和所需的服務(wù)并不總是有助于實(shí)現(xiàn)最佳電池壽命。在這方面，電池的行為與我們?nèi)祟惙浅Ｏ嗨?我們不能總是過(guò)著能夠達(dá)到最大壽命地生活。