什么是锂电池？

1、什么是锂电池？

锂电池（Lithium Cell）是指使用锂金属或锂合金作为负极材料和非水性电解质溶液的一种电池。其工作原理是在与电子结合的同时，不断地插入和提取锂离子。锂电池的基本结构由五个部分组成：正极、负极、隔膜、电解液和外壳。它具有比能量高、使用寿命长、环保等优点。
锂电池可根据电池结构、使用次数、外部结构和电极材料等方面进行分类。按使用次数分类，可分为一次锂电池和二次锂电池。锂电池的常见性能参数包括开路电压、工作电压、额定容量、放电深度、自放电率、电池能量和内阻。锂电池被广泛应用于各种设备和领域，如便携式设备、储能和工业应用等，其中新能源汽车是最主要的发展趋势之一。

2、锂电池发展史：

1913 年，美国化学家吉尔伯特-N-刘易斯提出了金属锂电池的概念，并对其进行了进一步研究。然而，由于金属锂的高反应性，它在空气和水中都不稳定，这导致在 20 世纪 60 年代之前的几十年里，人们很少关注以锂为基础的电化学电池。

20 世纪 70 年代的石油危机推动了对替代能源的探索，军事、航空航天、医疗和其他领域出现了对能量密度高于传统电池的电源的新需求。

1958 年，William S. Harris 提出使用环酯作为锂金属电池的电解质，为有机非水锂电池的研究提供了新的方向。

1962 年，在波士顿举行的一次电化学学会会议上，洛克希德导弹与航天公司的小奇尔顿和库克提出了 "锂非水电解质系统 "的想法，将活性金属锂引入电池设计中，标志着锂电池原型的诞生。

与此同时，人们根据一次锂电池的成功经验，努力制造可充电锂电池。1965 年，德国化学家沃尔特-吕多夫（Walter Rüdorff）发现，锂离子可以通过化学方法嵌入层状结构的硫化物 TiS2 中，这引起了斯坦利-惠廷汉姆（Stanley Whittingham）等寻求可逆电化学锂储存的科学家的注意。

20 世纪 70 年代初，美国国家航空航天局和日本松下电气工业公司利用氟化石墨作为正极和金属锂开发出了一次电池，标志着锂电池的首次商业化。

1972 年至 1979 年，时任埃克森公司研究员的斯坦利-惠廷汉姆（Stanley Whittingham）进行了详细研究，证明层状金属硫化物（TiS2）可以可逆地电化学储存锂，从而将一次性锂电池发展成为可充电锂电池。他根据这一原理制造出了可充电锂金属电池的原型。

1980 年，法国科学家米歇尔-阿尔芒（Michel Armand）首次提出利用内嵌锂储存装置的正负电极构建新型二次锂电池系统的想法，这种电池系统被称为摇椅电池，在充电和放电过程中，锂离子可逆地在正负电极之间来回穿梭。不过，当时还没有 "锂离子电池 "这一术语。

1980 年，时任牛津大学无机化学系教授的约翰-古德诺（John B. Goodenough）提议使用含锂金属氧化物作为正电极，而不是电压和化学稳定性更高的无锂金属硫化物。经过大量的研究和探索，他最终找到了层状钴酸锂（LiCoO2，放电电压：3.7 V，在空气中稳定），为制造摇椅锂离子电池原型提供了理想的正极材料。

1982 年，Yazami 博士首次证明石墨可以在聚合物电解质中可逆地电化学储存锂，而无需液态有机溶剂，这证实了使用石墨碳作为锂离子电池负极材料的可行性。随后，旭化成公司的 Akira Yoshino 教授于 1983 年提出了以氧化钴锂为正极、聚乙炔为负极的锂离子电池原型。然而，由于聚乙炔的密度和容量较低，且化学稳定性较差，吉野明教授开始寻找更多的碳基材料。在这一探索过程中，他发现了某些具有特殊晶体结构的碳材料（通过气相沉积法生长的碳纳米线），它们可以避免共掺杂，并具有更高的容量。沿着这个研究方向，他最终找到了石油焦作为负极，并将其与氧化钴锂一起作为正极，制造出了世界上第一个锂离子电池模型。

1983 年，M. Thackeray、J. Goodenough 等人发现尖晶石氧化锰是一种优良的正极材料，具有成本低、稳定性好、导电性和锂离子传导性优良等特点。它的分解温度高，氧化能力远低于钴酸锂，因此即使在短路或过充电的情况下也可避免燃烧和爆炸的危险。

1988 年，加拿大莫利能源公司推出了首款商用锂离子电池（Li/MoS2），引起了业界的广泛关注。然而，尽管在原理上成功展示了可逆锂离子化学，但锂金属负极在反复循环过程中容易形成树枝状锂沉积，从而导致内部短路、起火或爆炸，这引起了人们的极大关注。

1989 年，由于火灾和爆炸事件，莫里能源公司不得不大规模召回电池产品。随后，索尼、三洋、松下等电池巨头也决定终止二次金属锂电池的研发，二次金属锂电池的商业化进程戛然而止。

在随后的几年里，吉野明教授与索尼公司的科学家合作，致力于开发商业锂离子电池。1991 年 6 月，索尼公司推出了首款商用锂离子电池（正极：氧化钴锂，负极：石油焦，电解质：LiPF6-PC），标志着锂离子电池时代的开始：LiPF6-PC），标志着锂离子电池时代的开始。

1996 年，Padhi 和 Goodenough 发现了具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂（LiFePO4），它比传统的锂离子电池正极材料更安全，特别是耐高温、耐过充，性能远远超过传统的锂离子电池材料。因此，它们已成为大电流放电动力锂离子电池的主流正极材料。

20 世纪 90 年代，用于移动电话和笔记本电脑等个人设备的锂离子电池问世。锂离子电池最初用于手机行业，后来被广泛用于便携式扬声器、笔记本电脑和其他设备。

1998 年，中国天津动力研究所开始商业化生产锂离子电池。传统上，锂离子电池也被称为锂电池，但这两种电池是不同的。锂离子电池已成为主流。

2006 年后，ET（环境与能源）革命推动了电动汽车需求的激增，具有高电压和高能量密度等适合汽车二次电池性能的锂离子电池也被用于电动汽车相关用途。在随后的日子里，锂离子电池不断进步，被广泛应用于各种商品中，并蓬勃发展至今。

2018年10月，中国南开大学梁家杰教授、陈永生教授团队与江苏师范大学赖超教授团队合作，成功制备出一种多层次结构的银纳米线-石墨烯三维多孔载体，该载体负载金属锂作为复合负极材料。这种载体可以抑制锂枝晶的生长，从而实现电池的超快速充电，大大延长了锂电池的 "寿命"。

2020 年，80 岁的中国锂电池第一人陈力谦和他的团队研发出一种新型电池材料--纳米硅锂电池，其容量是传统锂电池的五倍。

2021 年 11 月，美国国家发明家科学院院士王朝阳博士领导的团队发明了全天候电池，解决了锂电池不耐低温的问题。这项技术被 2022 年北京冬奥会采用，并成为驱动奥运会电动汽车的核心技术之一。

2023 年，中国哈尔滨工业大学（威海）先进锂电池技术研究中心的苏新教授团队研发出一种新技术，不仅能将锂电池的寿命提高 20%，还能在零下 43 摄氏度的极低温环境中保持电池容量降幅小于 20%。

3、锂电池的基本结构

正极

正极材料的种类大致可分为钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）等。正极材料的选择直接影响锂电池在运行过程中的性能。在充电和放电过程中，正极的锂离子会发生插入和萃取反应。

负电极

负极材料大致分为两类：一类是锡基负极材料和合金负极材料，这两类材料目前仍处于试验阶段，尚未广泛应用于商业产品。第二类是碳基负极材料，通常是石墨，在实践中得到广泛应用。它是一种安全、无毒、循环寿命长的材料。它具有较高的比容量和充放电过程中的可逆性，从而在电池运行过程中保持良好的稳定性。

分离器

隔膜的主要材料是湿法制备的聚乙烯（PE）和干法制备的聚丙烯（PP）。它具有渗透和保护功能，置于正负电极之间。隔膜的孔径既要保证电池工作时锂离子能正常通过，又要防止其他物质的渗透，有效避免两极活性材料直接接触造成内部短路的情况发生。能在穿刺和拉伸等外力作用下保持足够的稳定性。

电解质

电解液主要由锂盐、有机溶剂和必要的添加剂组成。它能确保离子在正负极之间更好地传输，维持电池在连续工作时的强度。在高温或低温条件下，锂电池的电解液基本上决定了电池的循环寿命和安全性能。

套管

外壳可以保护电池内部材料。它重量轻，具有防爆、耐高温、耐腐蚀等一系列高强度特性，能有效抑制电池的极化反应，增强锂电池的一致性，从而提高循环寿命。

4、锂电池的关键材料

正极材料

正极材料占锂电池生产成本的 20%-30%，是决定锂电池性能的重要因素。主要技术路线包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。随着技术的进步，具有能量密度优势的高镍三元材料和具有安全经济优势的磷酸锰铁锂是主要发展方向。

负极材料

负极材料作为锂离子和电子的载体，主要承担储能和释能功能，直接影响电池的能量密度、循环寿命、安全性和快速充电能力。目前，人造石墨是主要的负极材料，约占锂离子电池成本的 10%-15%。

电解质

电解液由溶剂、锂盐和电解质组成。其中最重要的成分是锂盐和添加剂，分别约占 12% 和 8%。电解液对锂电池的综合性能，如高低温性能、倍率性能和安全性能等有重要影响。

分离器

锂电池隔膜是决定电池性能、安全性和成本的重要材料。在四大锂离子电池材料中，隔膜的成本仅次于正极材料，约为 10%-15%，在某些高端电池中甚至更高。隔膜位于锂电池的正负极之间。其主要功能是隔离正负极活性材料，防止两极接触造成短路。此外，在电化学反应过程中，隔膜还能保持必要的电解质，并形成离子移动的通道。

5、锂电池的技术参数

开路电压：开路电压（OCV）是指没有电流通过时电池正负极之间的电位差。开路电压与正负极材料的活性、电解质溶液和环境等因素有关，而与电池的尺寸和内部结构无关。在电池管理系统中，开路电压还可以预测电池的充电状态（SOC），SOC 是通过恒流充放电实验测量的。

工作电压：工作电压又称电池端电压，是指连接负载时电池正负极之间的电位差。在电池放电过程中，端电压低于开路电压，而在充电过程中，端电压高于开路电压。蓄电池的端电压还受温度和放电率的影响。一般来说，温度越高，端电压上升越快；放电率越高，端电压下降越多。

额定容量：额定容量指电池在设计和制造条件下可放出的最小电量。

放电深度 (DOD)：放电深度指电池放电过程中的放电程度，也用一定时间内放电量占额定容量的百分比表示。放电深度通常与充电状态（SOC）一起出现，两者相互关联。SOC 是电池剩余容量与完全充电容量的比率。当电池放出与额定容量相同的电量时，SOC 将降为 0，电池的 DOD 将为 100%。

放电率：放电率是指电池在规定时间内放出额定容量所需的电流值。在同一时间内，放电量一般是电池额定容量的整数或分数，也是表征电池功率特性的重要参数。例如，以 1C 的放电率对容量为 30Ah 的电池放电，意味着以 30 安培的电流对电池放电。

自放电率：自放电率又称电荷保持能力，是指电池保持电荷稳定状态的能力。锂电池的自放电率与加工过程中原材料的纯度、制造工艺和环境温度等因素有关。在室温下，锂电池的自放电率为 5%-8%。当温度较高时，在给定的自放电电流下，电池的 SOC 值会较低。当自放电电流较大时，在给定温度下，电池的 SOC 值会较高，当温度和自放电电流都较高时，电池会消耗更多电能。

电池能量：电池能量是指电池在特定放电条件下将化学能转化为电能的能力。其单位通常用瓦时（Wh）或千瓦时（kWh）表示。

电池内阻：电池内阻是指充电和放电过程中电流通过电池时遇到的电阻。电阻值不是一个固定值，它在充放电过程中不断变化，是电池性能的一个重要指标。电阻是描述电池健康状况的重要指标之一。在充放电过程中，电池的内阻会影响锂电池的端电压和开路电压，而且内阻也会受电解液浓度、环境温度和电化学反应等因素的影响而不断变化。一般分为欧姆电阻和极化电阻。欧姆电阻存在于电池的电极和电解液中，会导致锂离子电池无法完全等同于理想电源。电池内部运动产生的电阻称为欧姆电阻。欧姆电阻是锂电池的重要参数之一，其大小与电池类型、电池结构和电解液浓度等因素有关。在锂电池的充电和放电过程中，电池的正负极会发生化学反应，产生极化电阻。

6、锂电池的工作原理

锂电池的工作原理是锂离子与电子的连续插入和提取反应。锂最容易电离，石墨和金属氧化物之间的电解质起到保护作用。充电时，隔板只允许 Li+ 通过。电源正极吸引和排斥金属氧化物中锂原子的电子和离子，e - 不能通过电解液，流经外电路到达石墨层，Li+ 由于自身特性被负极吸引，通过隔板到达负极的石墨空间。当所有锂原子都到达石墨层时，表示电池充满电，Li+ 和 e - 从结构上脱离正极氧化物。放电时，Li+ 希望恢复到稳定状态，成为正极氧化物的一部分。由于这种趋势，Li+ 会穿过电解质，移回正极，而 e - 也会向相反的方向移动，以保持正极的电荷平衡，从而向外供电。

7、锂电池的充电方法

锂电池的充电方式主要有两种，即恒定电流充电模式和恒定电压充电模式。无论是恒流充电模式还是恒压充电模式，充电过程主要可分为四个阶段：涓流充电（低压预充电）、恒流充电、恒压充电和充电终止。

第一阶段：涓流充电。主要对完全放电的电池单元进行涓流充电（恢复性充电），即当电池电压低于 3V 时使用涓流充电。涓流充电电流是恒流充电模式下电流的十分之一，即 0.1C（C 是相对于电池标称容量的电流表示方法，例如，如果电池容量为 1000 mA-h，则 1C 表示充电电流为 1000mA）。

第二阶段：恒流充电。当蓄电池电压上升到涓流充电阈值以上时，充电电流会增加，从而进行恒流充电。一般情况下，恒流充电的电流范围为 0.21.0C。此时，电池电压会随着恒流充电过程逐渐升高。一般情况下，单节电池的设定电压为 3.04.2V。

第三阶段：恒压充电。当电池电压达到 4.2V 时，恒流充电阶段结束，恒压充电阶段开始。此时，电流的变化取决于电池芯的饱和度。随着充电过程的继续，充电电流从最大值逐渐减小。当下降到 0.05C 时，充电结束。

第四阶段：充电终止。终止充电主要有两种方法。第一种方法是使用最小充电电流来确定或使用计时器（或两者结合）。最小电流法用于监控恒压充电阶段的充电电流，当充电电流降至 0.05C（或 0.02~0.07C 范围内的数值）时，充电终止。第二种方法采用定时法，以恒压充电阶段的开始时间为初始时间，连续充电 2 小时后终止充电过程。

完全放电的电池需要 2.5 至 3 小时才能完成上述四个阶段的充电。充电完成后，如果检测到电池电压低于 3.89V，则会重新充电。

8、锂电池的主要分类

根据电池结构

锂电池根据其结构可大致分为两种类型：锂金属电池和锂离子电池。

锂金属电池与锂离子电池的主要区别在于负极。金属锂电池的负极是金属锂，而锂离子电池的负极则是石墨、硅和锂钛氧化物等材料（俗称 "主 "材料）。锂金属电池包括一次电池和二次电池，如纽扣电池和钮扣电池。锂金属电池通常用于手表、计算器和照相机等应用中。

锂离子电池主要由一系列电池组成，正极由三元材料制成，负极由石墨、硅和锂钛氧化物等材料制成。由于锂金属电池在充电过程中会沉积锂枝晶，从而导致短路和安全问题，因此目前锂离子电池的应用更为广泛。锂离子电池通常用于消费电子行业，如手机和笔记本电脑。

根据使用频率

锂电池分为可多次使用的一次电池（不可充电）和二次电池（可充电）。

一次电池又称一次性电池，只能将化学能转化为电能一次，不能恢复为化学能（或可逆性很差）。不可充电的锂电池有多种类型，常用的包括锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池和含有其他化合物的锂电池。

二次电池又称充电电池，可将电能转化为化学能储存起来，需要时再转化回电能。可充电锂电池有多种类型，如氧化钒锂电池、锂离子电池以及国外新开发的锂聚合物电池。锂离子电池是目前手机中使用最广泛的电池，但在使用过程中不能过度充电或过度放电，否则会损坏电池或导致电池无法使用。因此，锂离子电池都装有保护元件或电路，以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池的充电要求很高，需要确保终端电压精度在 1% 以内。主要半导体器件制造商已开发出各种锂离子电池充电集成电路，以确保安全、可靠和快速充电。

根据外部结构

根据外部结构，电池可分为三种类型：袋装锂电池、圆柱形锂电池和棱柱形锂电池。

根据电极材料

磷酸铁锂电池（LFP）：磷酸铁锂电池使用磷酸铁锂作为正极材料。它也被称为磷酸铁锂锂离子电池，由于性能优异，特别适用于动力应用，因此也被称为磷酸铁锂动力电池或锂铁动力电池。在金属交易市场上，钴（Co）最昂贵，但储量有限，而镍（Ni）和锰（Mn）相对便宜，铁（Fe）最便宜。正极材料的价格也跟随这些金属的价格走势。因此，用正极材料制造的电池应该是最便宜的。

氧化钴（LCO）锂电池：钴酸锂电池结构稳定、比容量高、综合性能突出。但安全性差，成本高。它主要用于中小型电池单元，广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/MP4 播放器等标称电压为 3.7V 的小型电子设备中。

锂锰氧化物（LMO）电池：锂锰氧化物电池是指以锂锰氧化物为正极材料的电池。锂锰氧化物电池的标称电压为 2.5V 至 4.2V。锂锰氧化物是一种低成本、安全、低温性能良好的正极材料，因此被广泛使用。但其材料本身并不十分稳定，容易分解产生气体。因此，为了降低电池片的成本，常与其他材料混合使用，导致循环寿命衰减较快、膨胀、高温性能差、寿命相对较短。它主要用于动力电池的大中型电池芯，标称电压为 3.7V。

三元聚合物电池：三元聚合物锂电池是指以镍钴锰锂或镍钴铝锂等三元材料作为正极材料的锂电池。这种电池的标称电压达到 3.7V，容量达到甚至超过氧化钴锂电池。

锂钛氧化物（LTO）电池：锂钛氧化物电池是一种以锂钛氧化物为负极材料的锂离子二次电池，可与氧化锰、三元材料或磷酸铁锂等正极材料结合使用，形成电压为 2.4V 或 1.9V 的锂离子二次电池。此外，当与金属锂或锂合金结合使用时，它还可用作正电极，形成电压为 1.5V 的锂离子二次电池。

9、锂电池的主要特点

优势

高能量密度：能量密度是指单位质量或体积的能量，单位为 Wh/kg 或 Wh/L。锂电池的存储能量密度很高，目前达到 460600 Wh/kg，是铅酸电池的 67 倍。

使用寿命长：使用寿命超过 6 年。电池使用磷酸铁锂作为正极材料，在 1C 下放电和充电（100% 放电深度，100% DOD），可使用长达 10,000 次。

额定电压高：每节电池的工作电压为 3.7V 或 32V，约等于 3 节或更多节镍充电电池的串联电压，便于组成电池组。

高功率处理能力：电动汽车使用的磷酸铁锂电池可实现 15~30C 的充放电能力，有利于高强度启动和加速。

自放电率低：这是此类电池最突出的优点之一。锂电池充电速度快，只需 1~2 小时即可达到最佳状态。此外，泄漏现象很少，自放电率一般低于每月 1%，不到镍氢电池的 1/20。

重量轻：单位体积重量约为铅酸电池的 1/6~1/5。

温度适应性强：可在零下 20 至 60 摄氏度的环境中使用，经过适当处理后，甚至可在零下 45 摄氏度的低温环境中使用。

环保：在生产、使用或处理过程中不含有或产生有毒的重金属元素和物质，如铅和汞。生产过程中耗水量极少，极大地促进了水资源的保护。

无记忆效应：锂电池可以部分充电和放电，而不会降低容量。

缺点

内部阻抗高：由于锂电池使用的是有机溶剂电解液，其电导率远低于镍镉电池和镍氢电池电解液，因此其内部阻抗比镍氢电池和镍镉电池高出约 11 倍。

运行时电压变化大：当放电至额定容量的 80% 时，镍电池的电压变化极小（约 20%），而锂电池的电压变化较大（约 40%），这对于电池供电来说是一个严重的缺点。不过，由于锂电池的放电电压较高，因此很容易检测到电池的剩余容量。

成本高：电极材料相对昂贵。

对锂电池的装配要求严格：装配要求湿度低，电池结构复杂，需要特殊的保护电路来防止电池过充或过放。

安全性差：在锂电池中使用有机电解质存在一定的安全隐患。

10、锂电池的现状与运输安全

现状

锂电池能量密度高，容易发生火灾和爆炸事故。自投入商业使用以来，已发生多起事故：2005 年 11 月，尼康公司因电池爆炸、过热和熔化等问题紧急召回一款数码相机锂离子电池。2006年8月，电脑制造商戴尔和苹果因安全问题宣布召回数百万块笔记本电脑锂离子电池。2016年，三星旗舰智能手机Galaxy Note 7在上市一个月内发生了三十多起因电池缺陷引起的爆炸和起火事故，导致产品停产。2017年5月7日，深圳花城物流中心一辆装载18650锂离子电池的货车起火，疑似运输过程中电池碰撞所致，等等。

交通安全

锂电池的危险性主要取决于锂的含量，因为锂是一种易燃的活性金属，会与水发生剧烈反应，释放出氢气。运输过程中的不当操作会导致电池损坏，造成高温，甚至燃烧和爆炸。因此，锂电池的运输安全日益受到重视。

1956 年，联合国经济及社会理事会危险货物运输专家委员会首次发布了《关于危险货物运输（TDG）的建议书》，对电池运输安全做出了权威规定，成为电池运输安全的基本要求。该委员会于 2001 年重组，更名为 "危险货物运输和全球化学品统一分类标签制度专家委员会"。

2017 年，国际航空运输协会（IATA）发布了《危险品条例》（DGR）第 58 版（2017 年），其中包括对锂电池运输的具体要求。

2017 年 1 月，中国开始实施国际海事组织发布的《国际海运危险货物规则》（IMDG）37-14 版，其中包含了与锂电池相关的内容。

2023年，国家铁路局、工业和信息化部、中国铁路总公司发布《关于铁路运输消费类锂电池货物的指导意见》，明确规定符合条件的消费类锂电池货物在铁路运输过程中不属于危险品。

11 锂电池的关键技术

锂电池的生产过程主要分为三个阶段，包括电极制备、电芯生产和电池组装。在锂电池的生产过程中，电极制备是所有工序的基础，也是锂电池项目技术的起始阶段。锂电池电芯的生产是整个流程的核心，也是最关键的部分，而最后一步则是电池组装，对锂电池成品的质量有着重要影响。具体来说，锂电池的生产流程包括正极涂浆、负极涂浆、正极片生产、负极片生产、外壳组装、电芯灌装、测试和包装。

湿度控制：锂电池工艺设备的湿度负荷参数需要保持在一定范围内，要求生产环境空气干燥，送风管道的密封性能和生产车间的围护结构也是至关重要的影响因素。

锂电池的热压：电池隔膜作为电池的核心部件，在隔离正负电极的传导和允许锂离子在电极之间往复运动方面起着至关重要的作用。隔膜上的微孔结构是这些离子在正负电极之间穿梭的重要通道。其气体渗透性直接影响电池的性能。(隔膜的透气性是指在一定压力下，一定时间内通过隔膜的气体量）。如果隔膜的透气性差，就会影响锂离子在正负极之间的转移，从而影响锂电池的充放电。测试过程包括固定电池隔膜，在隔膜一侧施加压力，测量压降和所用时间，并测试隔膜的透气性。所用时间越短，透气性越好。

导电涂层：也称为预涂层，在锂电池行业中，通常是指在正极集电体（铝箔）表面涂上一层导电涂层。涂有导电涂层的铝箔称为预涂层铝箔或简单的涂层铝箔。它最早在电池中的实验可以追溯到 20 世纪 70 年代，随着新能源产业的发展，特别是磷酸铁锂电池的兴起，它已成为一种流行的新技术或新材料。

12、锂电池的回收和政策

失效锂离子电池的处理方法主要包括化学方法和机械方法（物理方法）：

在化学处理法中，典型的工艺流程包括破碎、电解质处理、焙烧、磁选、细磨、分级和筛分，然后通过冶炼生产高级钴合金，再通过湿法加工生产金属钴或碳酸钴和碳酸锂。机械法（物理法）的典型工艺包括破碎、电解质处理、热处理、磁选、细磨，然后进行分级、筛选和分离，以生产含铜废料和精炼钴。

中国高度重视新能源汽车动力电池的回收利用，出台了一系列电池回收利用的法规和标准。这些标准和规范包括《新能源汽车废旧动力蓄电池回收利用管理暂行办法》、《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》、《电池报废贮存与运输规范》（GB/T 26493-2011）、通信用离子电池回收处置要求》（GB/T 22425-2008）、《废电池管理规范》（WB/T 1061-2016）、《汽车动力蓄电池回收利用余能检测》（GB/T 34015-2017）、《汽车动力蓄电池回收利用拆解规范》（GB/T 33598-2017）等。

其中，2019年发布的《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》对废旧动力蓄电池综合利用作出明确规定，要求从事回收利用的企业从正负极材料、隔膜、电解液等方面开展回收利用技术、设备、工艺的研究和应用，提高废旧动力蓄电池回收利用水平。镍、钴、锰等主要有价金属综合回收率不低于 98%，锂回收率不低于 85%。稀土等其他主要有价金属的综合回收率不低于 97%。如采用材料修复工艺，材料回收率应不低于 90%。工艺废水回收率应高于 90%。

13、锂电池的应用领域

运输部门

混合动力电动汽车主要使用铅酸电池和镍氢电池作为主电源，同时并联数十个电化学电容器作为备用电源。随着汽车电子控制电路的增加，需要容量更大的备用电源。与目前的电化学电容器相比，新型锂离子电池还具有高可靠性，并能显著减少空间和重量，逐渐取代传统的铅酸电池和镍氢电池。此外，随着汽车污染日益严重，控制和减少排放、噪音等措施已成为必要，尤其是在人口密集、交通拥堵的城市。锂电池因其无污染、低污染、能量多样化等特点，在电动汽车行业得到了长足发展，可改善环境污染状况。

电子部门

由于锂电池的体积能量密度高，可以做得更小更轻，因此被广泛应用于便携式电子产品中。随着手机、数码相机、摄像机、笔记本电脑和掌上游戏机的普及，锂电池产品保持了快速增长，占据了大部分市场份额。随着大电流充放电性能的提高，锂电池还将在无线电话和电动工具中扩大应用。

航空航天领域

由于锂离子电池的强大优势，它们可以为航空航天领域发射和飞行期间的校正以及地面操作提供支持，并有助于提高一次电池的效率和支持夜间操作。

军事部门

由于锂离子电池能量密度高、重量轻、体积小，可以提高武器装备组装后的灵活性。因此，在国防和军事领域，锂离子电池覆盖了陆地（单兵系统、军用车辆、军用通信设备、导弹）、海洋（鱼雷、潜艇水下机器人）、空中（无人侦察机）和太空（卫星飞船）等多种武器。

储能领域

由于锂电池能量密度高、使用寿命长，被广泛应用于储能领域，通常作为储能容器用于轨道交通、光伏发电、智能电网、备用电源、军用电源等，与储能技术密切相关。锂电池可以有效解决光伏储能和风能储能的间歇性，为电动汽车的续航能力提供有力保障。锂电池在储能方面的应用包括发电侧储能应用，如太阳能储能电站、风能储能电站等；用户侧储能应用，如太阳能储能充电站、家庭储能、备用电源等；变电站储能应用，主要体现在变电站储能、虚拟电厂等方面。

14、锂电池的发展趋势

应用层面

锂电池产业是全球高科技产业发展的重要方向。锂电池具有电化学稳定性好、能量密度高、比功率高、转换效率高、使用寿命长、无污染、免维护等优点，是未来动力电池的发展方向。汽车行业的大部分领域都将锂电池视为汽车的主要动力源，与汽车动力结合后，可转化为电动汽车或混合动力电动汽车。这将使越来越多的新能源汽车进入大众生活。这不仅符合绿色出行、低碳生活的要求，还能减少汽车尾气排放对大气的污染，进一步推动相关绿色汽车产业的进步与发展。此外，通过创新和发展先进的锂电池技术，锂电池还可以应用到更多相关的技术领域，如军事或航天飞行等。同样，锂电池也可以作为小型卫星的卫星电池，使这些小型卫星能够实现其功能，减少故障的发生，确保锂电池作为卫星电池在未来能够长期使用。

技术水平

随着我国科技研发能力的提高，固态锂电池、锂硫电池等新兴锂电池技术正处于快速发展阶段。未来，这些技术的成熟和应用将进一步提高锂电池的性能，促进其在储能领域的广泛应用。例如，通过优化电池材料和制造工艺，可以延长电池的循环寿命，降低电池的维护成本和更换频率。

参考资料

（1），Zhou, C. (2020).锂电池隔膜复合改性及应用研究》。浙江大学。
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