锂电科普丨锂电池工作原理（入门）

锂离子电池是一种常见的电池类型，从笔记本电脑和手机到混合动力汽车和电动汽车，其中电动车用锂电池，通常称为动力电池，是目前增长较快，未来预期最为乐观的应用领域。那么，锂离子电池是如何工作的呢？

锂离子电池的结构

○ 锂离子电池由多孔正极和负极组成，正极和负极充满电解质溶液并由隔膜隔开；

○ 正极（阴极）通常由锂钴氧化物或锂锰氧化物构成；

○ 负极传统上由石墨或其他碳基材料制成；

○ 电解质通常是有机溶剂中的锂盐；

○ 通常使用聚合物电解质；

○ 电解质仅允许锂离子在阳极和阴极之间移动；

○ 隔膜是阳极和阴极之间的物理屏障；

○ 正极和负极决定电池的性能，而电解液和隔膜则负责电池的安全；

正极构造：LiCoO2 + 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体（铝箔）

负极构造：石墨 + 导电剂 + 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体（铜箔）

工作原理/充电

当电池充电时，电子e从电源通过外部电路跑到电池的负极上，同时，正锂离子Li+从电池的正极“跳进”电解液中，穿过隔膜上弯弯曲曲的小孔，最终“游泳”到达电池的负极。在负极上，正锂离子Li+和电子e结合在一起，形成一个稳定的锂离子化合物，从而储存了电能。

工作原理/放电

电池放电有恒流和恒阻两种方式，恒流通过调整电路中的电阻控制电流，恒阻则是在电池正负极间加入电阻控制电流。但无论采用何种方式，电池的放电都需要负极上的电子无法到达正极，否则电池就无法放电。电池放电时，电子从负极流向正极，锂离子从负极穿过隔膜到达正极，二者路径不同。锂离子通过隔膜上的小孔到达正极后，与电子结合释放电能。

工作原理/充放电特性

锂离子电池的正极材料常用的有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2。其中，LiCoO2的晶型很稳定，但当从中取出一定比例的Li离子时，其结构会发生变化，当x>0.5时，晶型就会瘫塌，电芯的寿命也随之缩短。

因此，在使用中应限制充电电压，保证x<0.5。负极材料C6在第一次化成后，正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中，放电时Li回到正极LiCoO2中，但部分Li必须留在负极C6中，以保证下次充放电Li的正常嵌入，一般限制放电下限电压来实现。

过度充电或过度放电会损坏电池的正负极，导致永久损坏。温度过高也会引发其他化学反应，因此电池内部常设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。

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