锂离子电池单元 电池的选择决定了便携式电源系统的基本性能特征。所需的电池类型取决于被供电设备的运行参数：电压要求、负载电流规格、循环寿命要求、环境条件、物理空间限制以及法规要求。
锂离子电池的能量密度为每千克240-270瓦时，非常适合需要高能量存储且体积紧凑的应用。磷酸铁锂电池具有更高的安全裕度和超过4次充电循环的循环寿命，但能量密度与标准锂离子电池相比有所降低。
电池标准化在系统设计和制造方面具有显著优势。圆柱形电池具有可互换性优势——当特定电池型号缺货时，通常可以用尺寸相似的替代品替代，而无需重新设计整个系统。这种标准化降低了供应链风险，并扩展了产品生命周期管理能力。
能量密度测量定义了系统性能参数。重量能量密度（每千克瓦时）决定了重量效率，而体积能量密度（每升瓦时）则决定了空间利用率。这些规格直接影响最终电池组设计的物理约束和性能。
电池单元的选择需要评估多项技术标准，包括放电特性、热性能、循环寿命要求和安全机制。一级制造商会维护既定的质量控制流程和测试协议，以确保可靠运行。制造路线图通常支持单个电芯模型约三年，因此需要在设计过程中进行长期可用性规划。
以下技术规格概述了根据特定应用要求和工程最佳实践选择锂离子电池单元的系统方法。
设备需求分析
电池单元的选择需要全面评估特定应用的运行参数。第一步是与客户合作，帮助他们最终确定运行参数和规格，这将有助于我们制定整个项目的工作范围。
应用分类
设备功能决定了电池的基本要求和可接受的权衡。便携式电子设备（例如相机、笔记本电脑、智能手机）通常需要高能量密度和适中的放电速率。电动汽车和电动工具则需要高功率和强大的热管理能力。医疗设备则优先考虑安全性和可靠性，而非能量密度优化。
厚度低于5毫米的薄型应用需要采用聚合物软包电池配置。需要持续高放电率的功率密集型应用则受益于圆柱形电池架构，该架构可提供卓越的热管理能力。
物理和环境限制
空间分配直接限制了电池选择选项和电池组配置可能性：
聚合物软包电池可适应不规则几何形状和空间受限的设计 • 方形电池通过可堆叠的矩形外形优化体积效率
• 圆柱形电池需要至少 20 毫米厚度间隙，但提供标准化尺寸
物理测量必须考虑热膨胀、机械公差和安全间隙。在便携式和可穿戴应用中，重量限制至关重要，因为每一克重量都会影响用户体验。
功率和能量计算
系统能源需求源自对所有供电组件的综合负载分析。 电力负载 以安培为单位的规格，乘以运行小时数，即可确定安培小时容量要求。瓦数规格需要先进行电压转换，然后再计算安培小时。
所有系统组件同时运行会产生最大功率需求。此峰值功率要求决定了最低放电速率能力和热管理需求。放电速度越快或温度越低，电池容量就越低。
电池集成策略
系统集成方法会影响电池的选择标准和安全要求。可拆卸电池设计（常见于专业相机、电动工具和电动自行车）允许现场更换，但需要强大的机械保护和用户安全的操作特性。
嵌入式电池 实现紧凑的系统集成和优化的外形尺寸，但降低了用户维护的难度。这种方法需要在制造和装配过程中考虑合格服务技术人员的访问权限以及专门的安全协议。
电池单元尺寸选择
锂离子电池单元 封装有三种主要尺寸，每种尺寸均针对特定应用需求和机械约束进行了优化。尺寸选择直接影响热管理能力、制造成本和系统集成复杂性。
圆柱形电池应用
圆柱形电池 采用金属圆柱形外壳内的卷状电极结构。圆柱形结构在充放电循环过程中提供卓越的机械强度和均匀的内部压力分布。组装成电池组时，圆柱形电芯之间的固有间距可形成自然对流路径，从而实现热管理。
圆柱形电池最适合需要以下功能的应用：• 超过 5C 的高放电率能力 • 在振动和冲击下具有强大的机械耐久性 • 跨供应商的标准化尺寸兼容性 • 多电池配置中的高效散热
这个 能量功率比 这些特性使圆柱形电池非常适合电动工具、医疗设备和电动汽车等性能要求高于空间优化的应用。特斯拉的电池组设计展现了圆柱形电池架构在高要求汽车应用中的可扩展性。
软包电池设计优势
软包电池采用柔性铝层压聚合物封装，可实现薄至0.5毫米的超薄外形，同时保持结构完整性。与刚性金属外壳相比，柔性封装可将系统整体重量减轻约30%。
这些电池的能量密度范围为150-250 Wh/kg，并可适应空间受限应用的定制尺寸。软包电池尤其适用于消费电子产品、可穿戴设备以及对尺寸灵活性要求较高的应用。
方形电池高容量解决方案
方形电池采用矩形电极堆叠，并置于刚性金属或聚合物外壳内。方形几何形状可最大程度提高容积效率，并实现高容量单电池解决方案。在等效能量应用中，单个方形电池可替代 20-100 个圆柱形电池，从而降低电气互连的复杂性。
方形电池在固定式储能系统和电动汽车应用中表现出色，因为在这些应用中，能量密度和制造效率比尺寸限制更重要。然而，与圆柱形电池相比，方形电池由于表面积与体积的比值较低，因此需要更复杂的热管理系统。
电池性能及安全评价标准
性能评估需要系统地评估决定电池单元是否适合特定应用的关键运行参数。这些指标确定了电池组集成的基本设计约束和安全要求。
储能测量标准
比能量（Wh/kg）定义了相对于电池重量的储能容量，而体积能量密度（Wh/L）则决定了单位体积的储能容量。需要重量优化的应用优先考虑重量密度，而空间受限的设计则注重体积效率。目前的锂离子技术已实现约 动力电池300Wh/kg 消费电子产品领域为730-750 Wh/L，实际能量密度与理论最大值的比值仍保持在58%左右，年改进率低于3%。
放电率和功率特性
放电倍率规格决定了电池单元的最大可持续放电电流。1C 放电倍率表示 5 小时完全放电，而 12C 表示 3 分钟完全放电。商用能源电池的面积容量通常为 4-80 mAh/cm²，这直接影响实际的功率输出能力。高倍率声明需要通过标准化测试进行验证——合理的高倍率性能应保持至少 XNUMX% 的容量保持率。电极设计需要在倍率性能和能量密度之间进行权衡，更小的颗粒和更薄的电极可以提高功率性能，但会牺牲总能量存储量。
热工作参数
工作温度窗口为锂离子电池设定了安全的性能边界。最佳性能在 25-40°C 之间，电池组内电池间温差保持在 5°C 以下。超出这些限制的温度偏差可能会导致 热失控 导致电池故障、起火或爆炸的条件。热管理系统采用主动冷却方法（强制对流、液体循环）、被动冷却技术（相变材料）或多种策略相结合的混合方法。高放电应用受益于混合热管理，与自然对流相比，它可以将工作温度降低约 10.35°C。
循环寿命和降解特性
循环寿命性能衡量的是容量降至初始额定值的80%之前的充放电循环次数。商用电池需要 库仑效率 超过99.96%的电池寿命才能达到500次循环的目标。消费电子应用通常要求循环次数超过800次，而电动汽车电池则要求循环次数超过5,000次。操作条件会显著影响循环寿命的性能：
充电电压从 4.20V 降低至 4.10V 可使循环寿命翻倍，从 300-500 次增加至 600-1,000 次 • 充电循环期间电极膨胀会影响机械稳定性和安全裕度 • 高温与高充电状态相结合会加速容量衰减
了解这些性能特征可以根据特定应用的要求和预期的操作条件选择合适的电池。
采购和监管要求
锂离子电池电芯采购需要系统地评估制造商的能力、供应链的稳定性以及法规合规性要求。制造质量标准和认证流程直接影响产品安全性和市场接受度。
制造商选择标准
全球锂离子电池生产集中在拥有成熟质量控制系统的知名制造商中。 宁德时代和比亚迪 占据全球超过50%的市场份额，其他一级供应商包括LG Energy Solution、松下、瑞普特、Hithium、SK On、三星SDI、国轩高科和中航锂电。领先的制造商拥有大量的研发投入和专利组合——宁德时代拥有超过1项专利，并与研究机构合作，以提升电池技术能力。
选择制造商时，应优先考虑拥有完善的质量管理体系、完善的测试设施和成熟生产规模的公司。一级供应商通常会在整个产品开发生命周期内提供技术支持，并保持一致的供应链管理实践。
供应链风险管理
电池供应链面临重大的运营和道德挑战，需要积极管理。目前的行业分析表明 75% 的锂离子电池供应商 与面临侵犯人权指控的公司维持供应链。这些问题包括锂精炼作业中的强迫劳动和钴矿开采活动中的童工。
报废电池规划需要与合格的回收机构合作，以确保材料回收的合理性并符合环保要求。像 Li-Cycle 这样的公司提供安全的处理方式，无需填埋，从而为电池废弃物管理创造了可持续的循环经济方法。
认证和测试要求
所有锂离子电池都需要 UN 38.3 测试 运输前必须进行认证。必要的认证包括：
UL 1642 适用于单个锂电池 • UL 2054 适用于电池组组件
• IEC 62133 针对二次锂电池安全要求 • CE 标志符合欧洲市场要求
随着包括《欧盟电池法规》和《美国维吾尔族强迫劳动预防法案》在内的新立法的出台，监管要求不断扩大，这两项法案均将于 2024 年 XNUMX 月生效。这些法规将影响电池制造商和系统集成商的进口程序和供应链文件要求。
技术验证与实施
锂离子电池单元的选择需要根据应用需求对技术规格进行系统评估。这一工程流程可确保在预期应用环境中实现最佳性能特性和操作安全性。
特定应用需求决定了电池的选择标准。器件功能、物理约束、功率需求和操作参数决定了必须满足的基本规格。将这些要求与电池功能相匹配，可确保系统集成和性能优化。
性能指标 为技术验证提供定量基准。能量密度规格、放电特性和热性能参数必须符合系统要求。这些测量决定了电池系统设计的实际限制和操作边界。
热管理考量对于安全性和可靠性至关重要。温控系统可防止热失控，延长使用寿命。高排放应用需要增强的热管理解决方案，以维持安全的工作温度。
制造商的选择会影响质量和供应链的可靠性。一级供应商遵循既定的质量控制流程和认证标准。通过 UL、IEC 和 UN 1 测试，确保符合法规要求，确保安全运行并获得运输许可。
本技术指南概述的系统方法为电池单元的合理选择提供了工程框架。正确评估这些技术标准，可以打造出满足性能要求的电池系统，同时在整个产品生命周期内保持安全标准和运行可靠性。
选择 最佳 定制电池组 解决方案需要仔细分析运营要求、环境限制和生命周期经济性。 Large Power拥有 20 多年的制造经验，并有 ISO 9001、ISO 14001 和 IATF 16949 等全面认证支持，为明智的决策提供了必要的专业知识。
关键精华
选择合适的锂离子电池芯是一项战略决策，它会影响设备的性能、安全性和市场成功。以下是指导您选择过程的重要见解：
首先从设备要求开始– 在评估电池规格之前，先确定您的电力需求、空间限制和运行时间预期，以确保最佳匹配。
根据应用选择尺寸– 使用圆柱形电池以实现耐用性和热管理，使用袋式电池实现超薄设备，使用方形电池实现高容量需求。
优先考虑热管理和安全性– 保持工作温度在 25-40°C 之间，并实施适当的冷却系统，以防止危险的热失控情况。
源自一级制造商– 选择 CATL、BYD 或 LG Energy Solution 等具有成熟质量控制流程和全面认证的供应商。
规划长期可用性– 考虑制造商路线图和生命周期终止计划，因为电池单元通常具有来自供应商的 3 年支持生命周期。
平衡能量密度与循环寿命– 充电至 4.10V 而不是 4.20V 可以使循环寿命加倍，对于需要长寿命而不是最大容量的应用来说，这种权衡至关重要。
请记住，正确的电池选择是设备成功的基础，直接影响用户体验、安全性和市场长期可靠性。
常见问题
选择锂离子电池单元时应考虑哪些因素？
考虑设备的功能、可用空间、电源要求以及电池是否需要可拆卸或嵌入式。此外，还要评估电池的外形尺寸、能量密度和循环寿命等性能指标以及热管理能力。
不同锂离子电池单元的外形尺寸有何不同？
圆柱形电池经久耐用，热管理性能良好，是高性能应用的理想选择。软包电池最适合超薄设备，而方形电池则适用于高容量需求和高效的空间利用。
锂离子电池的最佳充电范围是多少？
建议将锂离子电池的充电量保持在满容量的 20% 到 80% 之间。这种做法被称为 20-80 规则，有助于延长电池寿命。
如何确定我的设备所需的电池容量？
计算你计划供电的所有电器的总瓦数，然后乘以你希望它们不充电运行的小时数。这样就能计算出你的锂离子电池所需的最低瓦时数。
采购锂离子电池时我应该注意什么？
选择可靠的一级制造商，这些制造商拥有强大的研发投入和质量控制流程。确保电池获得必要的认证，例如 UN 1、UL 38.3 和 CE 标志。同时，还要考虑制造商的供应链道德规范和报废电池回收方案。