目前，锂离子电池主要用于纯电动汽车及插电式混合动力汽车，纯电动汽车续航里程相对于常规燃油车较短，动力电池的成本依然较高，安全性能有待进一步改善与提升。因此，世界主要汽车生产国均在持续开展动力电池技术创新研究和扩大产业规模，特别是进一步提高动力电池的安全性、比能量、比功率及使用寿命，进一步降低制造成本。

“锂电池”，是一类用锂金属或锂合金作为电极材料、使用非水电解质溶液的电池，大致可分为锂金属电池和锂离子电池两类，目前市场上主要是锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。常见的锂离子电池主要有磷酸铁锂电池和三元聚合物锂电池。

1.磷酸铁锂电池（LiFePO4）

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，全名是磷酸铁锂离子电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，因此在名称中加入了“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”。

磷酸铁锂电池的内部结构如图2-9所示，左边是橄榄石结构的作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接 ；右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接；中间是聚合物隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子（Li+）可以通过，而电子（e-）不能通过。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

在充电时，正极中的锂离子（Li+）通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子（Li+）通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

图2-9　磷酸铁锂电池结构示意图

磷酸铁锂电池的标称电压是3.2V，终止充电电压是3.6V，终止放电电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料，电解质材料的质量及工艺不同，其性能会有些差异。

和其他锂电池相比，磷酸铁锂电池主要有以下几大优势：

（1）安全性能较好。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充电时，也不会过电流，不会引起燃烧事故，因此拥有良好的安全性。

（2）寿命较长。磷酸铁锂电池的循环寿命比较长。长寿命铅酸蓄电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池的循环寿命达到2000次以上，标准充电使用，可达到2000次。

（3）高温性能好。磷酸铁锂电池的热峰值可达350~500℃，而锰酸锂和钴酸锂电池只在200℃左右。

（4）容量大。具有比普通电池（铅酸等）更大的容量，单体容量为5~1000A·h。

（5）无记忆效应。可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫作记忆效应。镍氢、镍镉电池都存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

（6）环保。该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属）、无毒（SGS认证通过）、无污染的绿色环保电池。

磷酸铁锂电池有如下一些缺点：

（1）低温性能差，一块容量为3500mA·h的电池，如果在-10℃的环境中工作，经过不到100次的充放电循环，电量将急剧衰减至500mA·h，基本就报废了。

（2）材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。

（3）能量密度没有三元聚合物锂电池高。

在新能源汽车中，其动力电池采用磷酸铁锂电池的主流车型为比亚迪，其电池为自主研发生产，如图2-10所示。(www.daowen.com)

图2-10　比亚迪唐装备的磷酸铁锂电池组

2.三元聚合物锂电池

三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍、钴、锰酸锂（NCM）或者镍、钴、铝（NCA）的三种金属元素的聚合物的锂电池。三种元素的比例可以根据实际需要调整。

三元材料电池具有电压平台高、能量密度高、振实密度高、电化学稳定、循环性能好等特性，在提升新能源汽车的续航里程，减轻用户续航里程忧虑方面具有明显优势，同时还具有放电电压高、输出功率比较大、低温性能好、可适应全天候气温等优点，因此正逐渐受到汽车生产厂商和用户的青睐。前期由于技术原因其标称电压只有3.5~3.6V，在使用范围方面受到限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池的水平。

三元聚合物锂电池的优点是能量密度和振实密度高；其缺点是安全性能、耐高温性能以及大功率放电性能差，使用寿命短，其元素有毒不环保。

在新能源汽车中，使用三元聚合物锂电池作为动力电池的车型比较多，主要有北汽纯电动系列，如北汽EV200（图2-11），而且有取代铁锂电池的趋势。

图2-11　北汽EV200三元聚合物锂电池

3.锂电池正确保养及使用

（1）对锂离子电池正确充放电。

锂电芯过充到电压高于4.2V 后，会开始产生副作用。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程中，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓胀破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。

锂电芯放电时也要有电压下限。当锂电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V 是一个理想的放电截止电压。

充放电时，如果电流过大，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成爆炸危险。因此，一般在锂电池组内，都会有一片保护板，提供充电电压上限、放电电压下限及电流上限3项保护。

（2）及时对锂电池补充充电。

锂电池存在自放电现象，如果电池电压在3.6V以下长时间保存，会导致电池过放电而破坏电池内部结构，降低电池寿命。因此长期保存的锂电池应当每3~6个月补电一次，即充电到电压为3.8~3.9V（锂电池最佳储存电压为3.85V左右），保持在40%~60%放电深度为宜，不宜充满。电池应保存在4~35℃的干燥环境中或者防潮包装。

锂电池的激活并不需要特别的方法，在设备正常使用中锂电池会自然激活。如果你执意要用流传的“前3次12h长充电激活”方法，实际上也不会有效果。因此，所有追求12h超长充电和把锂电池用到设备自动关机的做法，都是错误的。

（3）注意锂电池的使用和保存环境。

使用或保存锂电池时，要远离热源，也不要置于阳光直射的地方，防止电池爆炸。锂电池的应用温度范围很广，但使用温度过低会使容量降低很多，因此要对电池进行保暖，现在新能源汽车上，普遍会对电池组安装加热系统，提高冬季时的续航里程。

（4）搬运锂电池时要注意轻拿轻放，禁止剧烈撞击，防止发生电池过热爆炸现象。