2018年03月1日 Read time: MinutesMinute
锂电池主要部件
电池是一种可充电电池，其电芯中的锂离子充当搬运正电荷的载体。电芯中含有电解液和两个电极，其中电极能够可逆地储存锂离子，锂离子以电解液为介质在正负极之间运动。另外，电芯正负极之间有一层起隔离作用的隔膜。这层隔膜为电绝缘物质，但能透过锂离子。正负极从空间上来看是相互独立的，两极材料均会发生化学反应，从而在两极间形成电压。目前，动力电池电芯通常以石墨作阳极（电池负极），镍钴锰三元锂离子氧化物材料（NMC）作阴极（电池正极）。其中，电极材料就是金属箔集流体表面的薄涂层，它们主要用于传输集流体汇集和输出的电子。电解液是一种含锂离子（六氟磷酸锂）的导电盐溶液，其溶剂为有机碳酸酯。
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NMC石墨电芯能够达到较高的单位能量和储能密度，因此每千克电芯可储存大量的能量，并且能够快速放电。锂离子电芯在技术上能达到260瓦时/千克的能量密度，但目前尚未在业内普及。如果将用电设备连接到已充电电芯，阳极就会把电子供给阳极集流体，并析出其储存的锂离子。电子在流经外部用电设备的电路时做功，然后再流到阴极，最后被阴极集流体接收。同时，从阳极石墨材料中析出的锂离子以电解液为介质流到阴极，并储存在阴极中。电芯的充电过程与上述整个过程刚好相反。电池在制造过程中会进行首次充电。这时，部分电解液会在阳极表面发生分解反应，生成含锂的分解产物，并在阳极表面形成一层固体薄膜。这层薄膜被称为固体电解质界面膜（SEI膜），它可以透过锂离子，同时防止阳极进一步发生分解反应。SEI膜会因电芯深度放电或温度过高等各种问题造成局部损坏。虽然SEI膜能够在下次充电过程中重新形成，但由于电解液中损失的锂离子无法再生，最终仍会导致电池容量减小 —— 电池中可储存的电能再也无法达到之前的水平。过度充电也会对电池造成损坏，因为这会造成阴极材料析出过量锂离子，从而导致电池结构受损。此外，还有金属锂在阳极附近发生沉积的风险，它们会形成带尖头的分枝晶体 —— 锂枝晶。这些晶体具有导电性，可穿过隔膜，导致电池内部发生短路现象。
动力电池通常含有多种有机硅产品（图中蓝色部分）。
锂电池的结构及工作原理锂电池在放电期间，阳极材料会析出储存的锂离子，同时将电子（e–）供给集流体。析出的锂离子以电解液为介质流向阴极，通过隔膜，最终储存在阴极材料中。电池内部的阳极形成负极，阴极形成正极。
必须对电池的温度进行控制
电池温度越低，电解液稠度就越高，从而阻碍锂离子的运动。如果温度过低，电池在充电时可能会出现超电势，从而造成锂离子无法储存在石墨材料中，而是沉积为锂金属。高温会加速电池内的化学反应，最明显的表现是锂电池会发生老化和退化。当温度高于45°C时，锂电池会迅速老化，而电解液中的导电盐则在60°C下达到其热稳定极限。锂电池最理想的工作温度是25°C。因此，电池在工作时需要控制在一定的温度范围内，既不能太高也不能太低。事实上，动力电池的工作温度一般保持在0到45°C之间。瓦克最新开发的有机硅填缝剂有助于电池模组与温度控制系统之间的热传导，比如位于机壳下方且有冷却介质通过的冷却板。