鋰離子電池工作原理與鋰電池充放電原理分析
來源：寶鄂實業(yè)
2020-02-03 09:57
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鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產品，電池的主要構成為正負極、電解質、隔膜以及外殼。目前鋰電池公認的基本原理是所謂的“搖椅理論”。鋰電池的沖放電不是通過傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)電子的轉移，而是通過鋰離子在層壯物質的晶體中的出入，發(fā)生能量變化。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池的充放電過程就是Li+在正負極材料的嵌入和脫嵌并伴隨著能量的吸收和釋放的過程。給鋰離子電池充電：Li+從正極材料中脫嵌，經電解液到達負極，吸收電子后嵌入負極材料中形成能量較高嵌入化合物。
鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。
鋰電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
當對電池進行充電時，鋰電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。
鋰電池的結構組成
鋰電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產品，電池的主要構成為正負極、電解質、隔膜以及外殼。
正極-采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰離子電池陰極。
負極-材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物。
電解質-采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
隔膜-采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。
鋰電池充放電原理
鋰電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
不難看出，在鋰電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。
鋰電池的充放電要求
1.鋰電池的充電
單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子丟失太多而使電池報廢。對鋰電池充電時，應采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉入恒壓充電模式；當恒壓充電電流降至100mA時，應停止充電。
2.鋰電池的放電
由于鋰電池的內部結構原因，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。
