锂离子电池因其高能量密度和功率密度、长使用寿命以及快速充电等特点,被广泛应用于为手机和数码相机等消费类电子产品供电。.
其高性能源于所采用的阴极材料,例如氧化钴锂、磷酸铁锂和镍锰钴(NMC)。此外,这类电池通常采用石墨作为阳极材料。.
费用
锂离子电池已成为电动出行领域的基石之一。其高能量密度使其能够在小巧轻便的封装中提供卓越性能——无论是消费类电子设备、电动工具还是电动汽车,都极为适用。此外,锂离子电池更高的比能量意味着,与竞争技术相比,其每公斤的充电容量更大。.
锂离子电池由负极、正极和电解液组成。在放电过程中,锂原子在负极处与电子分离,随后通过电解液移动至正极,在那里与电子重新结合形成电中性的离子;在充电过程中,这些离子则通过电解液返回负极以完成充电。.
过去十年间,锂离子电池的成本已大幅下降,但若要使纯电动汽车(BEV)在与内燃机汽车的竞争中具备竞争力,并使固定式储能系统实现规模化应用,成本仍需进一步降低。.
如今的锂离子电池技术在成本效益方面比早期技术高出两倍多,由于大规模生产方法和技术创新,其价格自20世纪90年代初以来已下降了80%以上。.
随着时间的推移,锂离子电池的成本已大幅下降,但若要使其在各种应用领域得到广泛采用,进一步降低成本仍至关重要。 彭博新能源财经(BloombergNEF)的埃维丽娜·斯托伊库(Evelina Stoikou)近期开展了一项研究,探讨了锂电池零部件和原材料成本如何因供应链生产能力的扩大,以及材料、电池包设计和电芯制造方面的创新而下降——这些正是推动这一趋势的关键因素。.
该报告采用的自下而上的建模方法反映了锂离子电池生产中各组成部分的成本,从而能够对各种电芯设计和生产工艺进行比较。该方法综合考虑了原材料价格、成品的技术要求以及生产过程中对资源的需求等因素,以识别可能推动进一步降本的成本驱动因素。 希望这项分析能够发掘潜在的成本驱动因素,从而进一步降低锂离子电池的生产成本。.
容量
锂离子电池已成为现代生活中消费类电子产品、电动汽车以及储能系统首选的电源,这也给电池制造商带来了新的挑战。 锂离子电池性能的关键之一在于其容量。要计算单节电池的容量,需要了解其类型、电压和充放电循环历史等信息;将额定电压乘以额定放电电流,即可得出安时(Ah)。.
锂离子电池通常由两个电极组成:一个释放电子的负极,以及一个电子返回的正极(即阴极)。锂离子通过电解液在这些电极之间移动;与负极中的锂离子相比,正极材料中的锂离子具有更强的化学亲和力,能够更轻松地储存电子——这使得锂离子电池的效率特别高。.
锂离子电池由负极和正极组成:负极由石墨或其他碳基材料构成,并添加硅以提高容量;正极则由锂锰尖晶石构成,这是一种独特的矿物结构,能够在其层间储存锂离子。 第一块可充电锂离子电池由M. 斯坦利·惠廷厄姆于20世纪70年代研制,当时采用二硫化钛作为正极材料,负极则使用氧化锂铝;随后,约翰·古德诺对此进行了改进,改用镍钴合金作为正极材料。.
Commodity Insights 预计,全球锂离子电池需求正在迅速增长,到 2030 年,全球生产能力预计将达到 6.5 TWh。遗憾的是,锂离子电池所需的原材料供应依然紧张;新采矿项目的审批和建设周期较长,这可能导致到 2025 年出现关键电池组件短缺的情况。.
安全
锂离子电池为许多便携式消费电子产品和电动汽车提供动力,但一旦发生故障,可能会引发火灾。当充电过快或过热时,内部的锂离子可能会开始移动并引发热失控,导致电池本身起火——这被称为热失控。 锂离子电池火灾往往难以扑灭;水基灭火器虽能起到暂时的冷却作用,但在电池能量耗尽之前无法彻底消除其能量来源; 虽然有专门的锂离子凝胶灭火器,但这类产品尚未普及;为了达到最佳效果,充电时务必仅使用经认证的锂离子产品!
由于锂离子电池的能量密度高于传统的铅酸或镍电池,因此需要进行更严格的测试。这是因为其高能量密度要求电池组装必须严密,且存在金属粉尘通过隔膜间隙渗入并导致电池短路的潜在风险——尽管这种情况很少见,但确实可能发生。.
对电池的机械性滥用也会导致其报废。如果一枚钉子刺穿了软包内的18650电池,虽然可能不会立即导致电芯失效,但可能会损坏隔膜和电芯材料,从而可能引发电芯漏液。为了确保电池安全, 建议将18650电池放置在混凝土或金属等坚硬表面上充电,而非靠近火源等引火源;而电动自行车或电动滑板车等大型电池,最好在车库或储物棚内充电,而非在靠近出口、客厅等生活区域。.
如果电池摸起来很烫、变形或散发出异味,应立即丢弃。 切勿将电池及含有电池的设备丢入普通垃圾桶,因为在运输或送往垃圾填埋场、回收中心处理的过程中,它们可能会起火。美国国家消防协会(NFPA)提供了一套宣传工具包,帮助社区领导者通过图片、视频和事实说明书,向居民普及安全管理锂离子电池的重要性,这些资料可与当地媒体分享。.
环境影响
锂离子电池对我们的低碳未来至关重要,它为电动汽车和可再生能源发电提供了储能解决方案。遗憾的是,其生产过程不仅会产生大量的温室气体排放,而且在提取制造电芯、组件和电池组的原材料时,还会消耗大量来自化石燃料的能源。所有这些因素都必须予以考虑。.
制造过程通常会产生有害废物,这些废物会对人类健康和环境构成风险,因此必须采取适当的储存、运输和处置措施。.
全面了解电池运营的各项影响,对于确保符合地方和联邦法规要求,同时降低运营活动带来的风险至关重要;相关措施可能包括制定适当的安全规程、对员工进行电池处置流程培训,以及监督电池处置流程。.
锂离子电池若处理或储存不当,会对环境造成不利影响。 锂离子电池极易燃,可能发生爆炸或起火;其稳定性窗口狭窄且化学性质敏感,容易引发热失控——即电池温度急剧升高,继而导致气体逸出和起火——此类事故不仅可能损坏周边建筑物,还会对环境造成持久的影响。.
为了防止锂离子电池火灾蔓延至周边区域,由专业团队有效管控相关风险至关重要。此类设备旨在将电池安全地封装在封闭空间内,同时将内部的有害气体、烟雾和灰烬抽出,并通过封闭空间内的内部管道系统阻止火焰向更广范围蔓延。.
注意到锂离子电池容量会随时间推移而逐渐衰减至关重要,这主要受温度和电池荷电状态等因素的影响。高温会导致结构材料软化并产生气体,从而导致最薄弱部位发生故障。过充和过放也会加速容量衰减。.