鋰離子電池充放電的基本原理

先明確兩個(gè)概念，一，電池是將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。典型特征就是電極上反應(yīng)物得失電子，通過(guò)外電路流動(dòng)，進(jìn)而便產(chǎn)生了電流。正負(fù)極之間的電荷傳遞是通過(guò)電解液中陰陽(yáng)離子的運(yùn)動(dòng)形成的。

二，二次電池是指可多次再充放電的電池，其內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)是可逆的。電池放電，內(nèi)部的A物質(zhì)變成B物質(zhì)，化學(xué)能變成電能；而充電時(shí)，B物質(zhì)又能夠變回A物質(zhì)，電能變成化學(xué)能儲(chǔ)存。

充電時(shí)鋰離子從正極材料的晶格中脫出經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料層中；放電時(shí)鋰離子從負(fù)極材料晶格中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入到正極材料中。而電子則通過(guò)外電路，形成電流。

鋰電池充放電反應(yīng)過(guò)程為：

式中，Y為過(guò)度金屬，在鈷酸鋰電池（LiCoO2）中Y為鈷（Co），在錳酸鋰電池中就是錳（Mn）。對(duì)于三元鋰電池就是鎳鈷錳酸鋰[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，對(duì)于磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池，就是FePO4。

另外，正極負(fù)極指電位高低，陰極陽(yáng)極則通過(guò)得失電子區(qū)分，得電子的電機(jī)發(fā)生還原反應(yīng)是陰極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是陽(yáng)極。充電和放電正負(fù)極不變，而陰陽(yáng)極會(huì)反向。

對(duì)于鋰離子電池而言，正極材料的開發(fā)是其關(guān)鍵技術(shù)。理論上，根據(jù)上述反應(yīng)化學(xué)式，可以實(shí)現(xiàn)鋰離子脫嵌的物質(zhì)都可以作為正極材料，但實(shí)際上，這并非易事。出于性能考慮，它需要有良好的導(dǎo)電性、較大的放電倍率以及與電解質(zhì)良好的相容性；出于壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應(yīng)，出于安全考慮，它需要保證良好的穩(wěn)定性和溫和的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)。