詳解鋰離子電池工作原理及優(yōu)缺點
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-18 09:02
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鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。下面賢集網(wǎng)小編為大家介紹鋰離子電池工作原理、結(jié)構(gòu)組成、優(yōu)缺點與鋰電池、蓄電池、碳酸鐵鋰電池、聚合物電池的區(qū)別。
鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。
手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。而真正的鋰電池由于危險性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。
鋰離子電池由日本索尼公司于1990年最先開發(fā)成功。它是把鋰離子嵌入碳（石油焦炭和石墨）中形成負(fù)極（傳統(tǒng)鋰電池用鋰或鋰合金作負(fù)極）。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成部分
1）正極——活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
鋰離子電池工作原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點與鋰電池、蓄電池的區(qū)別
2）隔膜——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
3）負(fù)極——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
4）有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
5）電池外殼——分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。
鋰離子電池優(yōu)點
1、鋰電池電壓平臺高：單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池組。
2、具有高儲存能量密度：相對其他電池而言鋰電池能量密度很高，目前已達(dá)到460-600Wh/kg，約為鉛酸電池的6～7倍。這就意味著在相同電荷容量下，鋰電池重量更輕。據(jù)計算相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5～1/6。
3、使用壽命相對較長：鋰電池的使用壽命可達(dá)到6年以上。以磷酸亞鐵鋰為正極的鋰電池為例，在1C充放電倍率下，循環(huán)周期的*紀(jì)錄可達(dá)1000次。
4、具備高功率承受力：電動車鋰電池用的磷酸亞鐵鋰離子電池*充放電倍率可以達(dá)到15C-30C，這非常適合動力汽車高強度的啟動和加速。
5、自放電率很低。自放電率是鋰離子電池*突出的優(yōu)越性之一，室溫下滿電存儲一個月的自放電率約10％左右，而同等條件下鎳鎘為25～30％、鎳氫為30～35％。
6、無記憶效應(yīng)：這意味著鋰離子電池可以隨時充放電，而不必像鎳氫、鎳錫電池一樣，必須要等到電量耗盡。
7、高低溫適應(yīng)性強：鋰電池可在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用。
8、綠色環(huán)保：不論生產(chǎn)、使用和報廢都不含有也不產(chǎn)生鉛、汞、鎘等有毒重金屬物質(zhì)。
9、鋰離子電池的主要原材料鋰、錳、鐵、釩等在我國都是富產(chǎn)資源；生產(chǎn)基本不消耗水，對水之源稀缺的國家十分有利。
鋰離子電池的缺點
1、錯誤使用存在安全隱患：由于鋰離子電池組成物質(zhì)非常活躍，若使用錯誤將會出現(xiàn)電解液分解、燃燒甚至爆炸的重大事故。
2、不同放電倍率對電池的可用容量影響較大。
3、過充電和過放電均會對電池造成不可恢復(fù)的損害：針對以上的缺點，一般大容量的鋰電池組均采用了保護(hù)裝置來監(jiān)視電池的使用過程。
