锂离子电池工作原理-【蓝狮平台】

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。

电池总反应

以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有

金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正

极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层

状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离

子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），

嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion

Batteries又叫摇椅式电池。

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电

池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反

应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。

正极

正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe

放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO?

不同的正极材料对照：

负极

负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。

负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。

充电时：xLi + xe + 6C →LixC6

放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

组成部分

钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：

（1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行

车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸

铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20

微米的电解铝箔。

（2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子

自由通过，而电子不能通过。

（3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15

微米的电解铜箔。

（4）有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶

状电解液。

（5）电池外壳——分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

工作效率

锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2%以

下（可恢复）。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、

可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒

有害物质，被称为绿色电池。

电解质溶液

溶质：常采用锂盐，如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸(LiBF4)。溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用有机溶剂，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构，导致其剥脱，并在其表面形成固体电解质膜(solid electrolyte interphase，SEI)导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。

优点

1）电压高

单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-MH电

池的3倍。

2）比能量大

能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量

（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。

3）循环寿命长

一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。

对于小电流放电的电器,电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。

4）安全性能好

无公害，无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，