鋰離子電池是一種可反復(fù)充放電的二次電池。他的主要組成部分有：正極、負(fù)極、隔膜和電解液。如下圖所示，充電時(shí)鋰離子從正極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)進(jìn)入到負(fù)極，同時(shí)釋放的電子從外部電路轉(zhuǎn)移至負(fù)極，維持電荷平衡；放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)進(jìn)入正極，而電子從負(fù)極經(jīng)外部電路到達(dá)正極。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(yùn)載體，周而復(fù)始的從正極→負(fù)極→正極來回的移動(dòng)，與正、負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，這就是鋰離子電池的基本原理。

容易“激動(dòng)”的正負(fù)電極

 

鋰離子電池能將電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放，條件之一是正負(fù)極的材料要活潑，要容易氧化和還原，要很“容易”參與化學(xué)反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。其二是需要存在有電位差的正負(fù)極材料來實(shí)現(xiàn)電荷移動(dòng)。經(jīng)過長期的研究和探索，人們找到了幾種鋰的金屬氧化物，如鈷酸鋰、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元等材料，作為電池正極活性物質(zhì)。

 

負(fù)極通常選擇石墨或其他碳材料做活性物質(zhì)，也是遵循上述的原則，既要求是好的能量載體，又要相對(duì)穩(wěn)定，還要有相對(duì)豐富的儲(chǔ)量，便于大規(guī)模制造，碳元素就是一個(gè)相對(duì)優(yōu)化的選擇。

 

“放電”也需分場(chǎng)合

 

如上所述，鋰離子通過電解質(zhì)流動(dòng)，而反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過外部電路做功。因此，電池系統(tǒng)必須保證鋰離子和電子的流動(dòng)，也就是說，它必須是一個(gè)好的離子導(dǎo)體和一個(gè)電子導(dǎo)體。許多電化學(xué)活性材料都不是良好的電子導(dǎo)體，因此需要添加一些導(dǎo)電材料，如炭黑。為了將電極材料和導(dǎo)電劑固定在一起，還需要添加一些粘合劑。在這種情況下，電化學(xué)反應(yīng)只能發(fā)生在活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和電解質(zhì)相遇的地方。

 

雖然鋰離子流經(jīng)電解質(zhì)，但正極和負(fù)極必須在物理上分開。為了防止短路造成能量的劇烈釋放，就需要用一種材料將正負(fù)極“隔離”開來。這要求材料具有良好的離子通過性，能給鋰離子開放通道，讓其可以自由通過，同時(shí)又是電子的絕緣體，以實(shí)現(xiàn)正負(fù)極之間的絕緣。目前的鋰離子電池使用的是聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）制備成的多孔隔膜。