4.1.1　锂离子电池工作原理

4.1.1　锂离子电池工作原理

锂电池是一种二次电池（可充电电池），以碳材料作为负极，以含锂的化合物作为正极，依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂电池的充、放电过程就是锂离子的嵌入和脱嵌过程，如图4-1所示。在充、放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入／脱嵌。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，锂离子从正极脱嵌，经过电解液运动到负极；负极的碳材料呈层状结构，有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入碳层的微孔，嵌入的锂离子越多，充电容量就越高。当对电池进行放电时（使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，运动到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量就越高。

图4-1　锂电池的工作原理

以钴酸锂离子电池为例，其充电过程如下：

正极反应：LiCoO2→Li1-x CoO2+xLi++xe-

负极反应：C+xLi++xe-→Lix C

总反应：LiCoO2+C→Li1-x CoO2+Lix C

锂电池的主要构成为正负极、电解质、隔膜、外壳。

（1）正极：可选的正极材料有很多，主流产品多采用锂铁磷酸盐。放电时，锂离子嵌入；充电时，锂离子脱嵌。

（2）负极：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：充电时，锂离子插入；放电时，锂离子脱插。

（3）电解质：采用LiPF的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低黏度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

（4）隔膜：采用聚烯微多孔膜，如聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）或它们的复合膜（尤其是PP／PE／PP三层隔膜），不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到热保险作用。

（5）外壳：采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电功能。