關(guān)于鋰離子電池基本工作原理和結(jié)構(gòu)以及特性介紹
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-17 10:28
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電池的基本原理：正極發(fā)生還原反應(yīng)，得電子;負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子。電子經(jīng)過負(fù)載，由負(fù)極流向正極，形成方向從正極到負(fù)極的電流。
介紹鋰離子電池的工作原理時(shí)，以應(yīng)用較為廣泛的 18650 鋰離子電芯為例，下面是發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)示意圖和公式：
先看放電過程中正極的反應(yīng)(鈷酸根先拿掉)。
1個(gè) (+1)價(jià)鋰離子<------ (1-x) 個(gè) (+1/(1-x)) 價(jià)鋰離子 + x個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子 + x個(gè)電子
令 x=0.5，得：
1個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子<------0.5個(gè) (+2) 價(jià)鋰離子 + 0.5個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子 + 0.5個(gè)電子
兩邊乘以2，得：
2個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子<------1個(gè)(+2)價(jià)鋰離子 + 1個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子 + 1個(gè)電子
再簡化：
1個(gè) (+1) 價(jià)鋰離子<------1個(gè)(+2)價(jià)鋰離子 + 1個(gè)電子
這個(gè)公式其實(shí)是描述整體反應(yīng)，而不是描述單個(gè)個(gè)體反應(yīng)的。用簡單的話來說就是：
正極的(+1/(1-x))價(jià)(其中，0
負(fù)極的鋰原子失去電子，被氧化為(+1)價(jià)鋰離子，電子從負(fù)極流入負(fù)載回路，鋰離子通過電解質(zhì)流向正極;
又回到電池基本原理了吧。正極的核心是 (+1/(1-x)) 價(jià)鋰離子，負(fù)極核心是鋰原子，兩者反應(yīng)生成 (+1)價(jià)鋰原子，氧化還原反應(yīng)中的電子流動(dòng)形成電流。
在現(xiàn)實(shí)中制作電池時(shí)，總需要物質(zhì)來承載正極的鋰離子和負(fù)極的鋰原子，就好像貨物總是需要貨架的。那么鋰離子的貨架就是 鈷酸根 離子，與鋰離子共同構(gòu)成正極;負(fù)極的鋰原子則由帶孔石墨等材料構(gòu)成，不至于反應(yīng)后，把負(fù)極反應(yīng)沒了。正極和負(fù)極之間是電解質(zhì)和隔膜，既用于鋰離子流動(dòng)，也用于隔離正負(fù)極，防止內(nèi)部短路。
鋰離子電池特性
用戶最關(guān)心的鋰離子電池的特性是電容量，比如常說的 2000mAh，指的是在鋰電池在正常工作情況下所能放出的電荷數(shù)。我們看一份鋰離子電池的規(guī)格說明書：
這塊電池比較重要的幾個(gè)參數(shù)：
容量 ：2500 mAh
充電截止電壓：4.2 V
放電截止電壓：2.5 V
最大充電電流：4000 mA
最大放電電流：20000 mA
總之都是圍繞電池容量和充放電來考慮的。電池容量取決于負(fù)極能放出多少電子以及正極能吸收多少電子。
為什么會(huì)有充電截止電壓呢，換句話來說，過壓充電后會(huì)有什么問題?在前面描述鋰離子電池結(jié)構(gòu)時(shí)提到，負(fù)極是由石墨和鋰原子組成的，其實(shí)鋰并不是以原子形態(tài)存在的，而是以鋰離子形態(tài)和石墨共存的。過壓充電后，鋰離子會(huì)析出為晶體狀鋰，無法參與充放電，導(dǎo)致電池容量減少。
為什么會(huì)有放電截至電壓呢，換句話說，放電過度后會(huì)有什么問題?過度放電后，負(fù)極中的鋰離子大量流向正極，導(dǎo)致石墨空虛，部分區(qū)域發(fā)生坍塌，無法再存放鋰離子，也會(huì)導(dǎo)致電池容量減少。
