鋰離子電池的工作原理是什么？它有哪些基本構(gòu)成？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-12-12 18:03
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鋰離子電池的工作原理
下面講講鋰離子電池的工作機理。這里不闡述氧化還原反應(yīng)，化學(xué)基礎(chǔ)不好的，或者已經(jīng)把化學(xué)知識還給老師的人，看到這些專業(yè)的東西就會頭暈，所以我們還是搞點直白的描述。這里借用一張圖，這張圖比較容易讓人理解鋰離子電池的原理。
我們按照使用的習(xí)慣，根據(jù)充放電時的電壓差區(qū)分正極（+）和負極（-），這里不講陽極和陰極，費時費力。這張圖上，電池的正極材料是鈷酸鋰（LiCoO2），負極材料是石墨（C）。
充電的時候，在外加電場的影響下，正極材料LiCoO2分子里面的鋰元素脫離出來，變成帶正電荷的鋰離子（Li+），在電場力的作用下，從正極移動到負極，與負極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成LiC6，于是從正極跑出來的鋰離子就很“穩(wěn)定”的嵌入到負極的石墨層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中。從正極跑出來轉(zhuǎn)移到負極的鋰離子越多，這個電池可以存儲的能量就越多。
放電的時候剛好相反，內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向，鋰離子（Li+）從負極脫離出來，順著電場的方向，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子（LiCoO2）。從負極跑出來轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，這個電池可以釋放的能量就越多。
在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子（Li+）充當(dāng)了電能的搬運載體，周而復(fù)始的從正極→負極→正極來回的移動，與正、負極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，這就是“鋰離子電池”的基本原理。由于電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個循環(huán)過程中，并沒有電子在正負極之間的來回移動，它們只參與電極的化學(xué)反應(yīng)。
鋰離子電池的基本構(gòu)成
要實現(xiàn)上述的功能，鋰離子電池內(nèi)部需要包含幾種基本材料：正極活性物質(zhì)、負極活性物質(zhì)、隔離膜、電解質(zhì)。下面做簡單論述，這些材料都是干嘛的。
正負極不難理解，要實現(xiàn)電荷移動，就需要存在電位差的正負極材料，那么什么是活性物質(zhì)？我們知道，電池實際上是將電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)能量的存儲和釋放。要實現(xiàn)這個過程，就需要正負極的材料很“容易”參與化學(xué)反應(yīng)，要活潑，要容易氧化和還原，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，所以我們需要“活性物質(zhì)”來做電池的正負極。
下面講講鋰離子電池的工作機理。這里不闡述氧化還原反應(yīng)，化學(xué)基礎(chǔ)不好的，或者已經(jīng)把化學(xué)知識還給老師的人，看到這些專業(yè)的東西就會頭暈，所以我們還是搞點直白的描述。這里借用一張圖，這張圖比較容易讓人理解鋰離子電池的原理。
我們按照使用的習(xí)慣，根據(jù)充放電時的電壓差區(qū)分正極（+）和負極（-），這里不講陽極和陰極，費時費力。這張圖上，電池的正極材料是鈷酸鋰（LiCoO2），負極材料是石墨（C）。
充電的時候，在外加電場的影響下，正極材料LiCoO2分子里面的鋰元素脫離出來，變成帶正電荷的鋰離子（Li+），在電場力的作用下，從正極移動到負極，與負極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成LiC6，于是從正極跑出來的鋰離子就很“穩(wěn)定”的嵌入到負極的石墨層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中。從正極跑出來轉(zhuǎn)移到負極的鋰離子越多，這個電池可以存儲的能量就越多。
放電的時候剛好相反，內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向，鋰離子（Li+）從負極脫離出來，順著電場的方向，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子（LiCoO2）。從負極跑出來轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，這個電池可以釋放的能量就越多。
在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子（Li+）充當(dāng)了電能的搬運載體，周而復(fù)始的從正極→負極→正極來回的移動，與正、負極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，這就是“鋰離子電池”的基本原理。由于電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個循環(huán)過程中，并沒有電子在正負極之間的來回移動，它們只參與電極的化學(xué)反應(yīng)。
鋰離子電池的基本構(gòu)成
要實現(xiàn)上述的功能，鋰離子電池內(nèi)部需要包含幾種基本材料：正極活性物質(zhì)、負極活性物質(zhì)、隔離膜、電解質(zhì)。下面做簡單論述，這些材料都是干嘛的。
正負極不難理解，要實現(xiàn)電荷移動，就需要存在電位差的正負極材料，那么什么是活性物質(zhì)？我們知道，電池實際上是將電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)能量的存儲和釋放。要實現(xiàn)這個過程，就需要正負極的材料很“容易”參與化學(xué)反應(yīng)，要活潑，要容易氧化和還原，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，所以我們需要“活性物質(zhì)”來做電池的正負極。
