读懂纯电动汽车动力电池

一、单体锂电池

1．组成与分类

单体（Cell）也称电芯，是将化学能转化为电能的最小单元，单体锂电池由正极、负极、电 解液、隔膜、外壳等组成，如图1所示。

图1 锂电池组成

锂电池按正极所用材料分类，有钻酸铿Lix0002N锰酸锂LixmnO2、镍酸锂LixNi02\磷酸铁锂LixFep04三元铿Li（CoMnNi）O2。三元锂是钻、锰、镍按一定比例混合，这些锂化合物材料是晶状体结构材料。负极材料为石墨，充电后成为锂-碳层间化合物LiXC6。

液态锂离子电池的正极与负极之间是隔膜和电解液，隔膜只允许锂离子Li+往返通过，阻止电子e-通过，在正负极之间起到绝缘作用。固态锂离子电池的隔膜、电解液由聚合物电解质膜代替，聚合物可以是干态，也可以是胶态，目前大部分采用聚合物胶体电解质膜。

单体电池的形状有方形、圆柱形、板状等，如图2所示。方形又分方形叠片式、方形卷绕式；圆柱形又分圆柱叠片式、圆柱卷绕式。包装类型有硬包、软包，硬包使用钢壳、铝壳，软包使用铝塑。

图2 锂电池外形

电动车大多采用方形硬包电池，特斯拉采用18650电芯，18表示直径为18mm，65表示长度为65mm，0表示圆柱形电池。笔记本电脑、手机采用板状软包电池。锂单体电池标称电压3.7V，一般正常电压范围3.2-4.2V.磷酸铁锂单体电池标称电压3.2V，一般正常电压范围2.7-3.7V。

比亚迪公司推出磷酸铁锂刀片电池，如图3所示，电芯长度可大于2m，宽度大于10cm，厚度不到2cm，优点：①电池能量密度比传统电池增加1/3以上；②材料成本降低1/4左右；③电池体积小，可为车辆节省空间；④电池重量轻，降低自身重量的能源消耗，续航里程增加。

图3 刀片电池

3．工作原理

（1）充电。钻酸锂电池充电如图4所示，正极上的锂分成Li+离子和电子e-，电子e-在电场力的作用下通过外部电路跑到负极上。Li+离子从正极“脱嵌”进入电解质，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“嵌入，到晶体状结构负极，与外部跑过来的电子e-结合在一起，此时负极处于富锂状态。

图4 电池充电

（2）放电。如图5所示，电子e-和锂离子Li+同时行动，电子e-从负极经过外电路跑到正极，Li+离子从晶状体结构负极“脱嵌”进入电解质，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”嵌入正极晶体空隙，与外电路过来的电子e-结合在一起，此时正极处于富铿状态。铿离子Li＋就像“坐摇椅”，亦称摇椅式电池。

图5 电池放电

根据锂离子Li+工作原理，最高充电电压应为4.2V，不能过充，否则正极材料中的锂离子Li+因拿走太多，造成晶格瘫塌，使电池损坏或寿命缩短，另外电解液分解释放出气体，导致电池鼓胀。不能过放，放电时必须保留一部分锂离子Li+在负极，以保证下次充电时锂离子Li+畅通嵌入通道。锂离子Li+充电／放电应高精度控制，否则都会影响电池寿命，这是锂离子电池的工作机理所决定的。

二、动力电池

1．定义

图6 动力电池

2．动力电池术语

3．动力电池报警等级