電解液很重要

　　電池之所以能夠提供能量，是因為發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移。在電池接到一個電路里，合上開關，電流就通了。這時，電子就會從負極跑出來，經(jīng)過電路流到正極。在這個過程中，電子會做功，來支撐你的手機運轉(zhuǎn)，或者驅(qū)動特斯拉電動車。

　　鋰電池的電子是由鋰提供的。那么，在電池里裝滿了鋰，能量密度不就上去了嗎？可惜的是，為了讓鋰離子電池具備可充電的功能，它的內(nèi)部構造必須以犧牲能量密度為代價。劉潤指出，鋰電池的內(nèi)部構造包括電解液、負極材料、正極材料和隔膜等，每一樣都有其專門的工藝需求，發(fā)揮獨特的功能，不可或缺。這種構造限制了鋰電池能量密度的提升。

　　首先，是電解液，它是電池里不可缺少的運輸管道。“電池放電的時候，鋰原子失去電子，變成了鋰離子，這時它要從電池的一極跑到另一極去，到了充電的時候再跑回來。”劉潤說。鋰離子在電池兩極的來去構成了鋰電池循環(huán)使用的關鍵，而電解液保證了它的旅途自由通暢。電解液就像河水，鋰離子就像魚。如果河床干了，魚到不了對岸，鋰電池就無法正常工作。

　　電解液的奇妙之處還在于，它只會運載鋰離子，而不會運載電子，這就確保了電池只有在電路連通的時候才會放電。同時，依賴電解質(zhì)，鋰離子的運動有序而明確，使電子總是沿著一個方向移動，這樣才形成了電流。

　　正負極求穩(wěn)定

　　電解液雖然不提供任何能量，并且占的分量還不小，但是鋰電池里絕少不了它。那么，以石墨為主的負極材料為什么也不能少呢？石墨就是做鉛筆芯的材料，也不負責提供電子。劉潤說，這是為了保證充電的時候不出問題。

　　充電時，鋰離子從正極跳入電解液，游回負極，在那里得到電子變成鋰原子聚集起來，準備下一次放電。但是，鋰本身是電子的良好導體，后來的鋰離子可能還沒到達負極，就從已經(jīng)變身為鋰原子的前輩那里得到了電子。這樣，鋰原子就可能像雜草一樣在電池里面瘋長，并出現(xiàn)晶體。這個過程就叫做“析晶”。野蠻生長的鋰晶體最終會刺穿隔膜，使電池短路報廢。

　　為了解決這個麻煩，科學家用石墨制成負極材料，利用其表面的空隙，就像一個個小房間，讓鋰原子安穩(wěn)地待在里面，彼此不發(fā)生作用。這樣一來，鋰原子安分了，但是電池的能量密度就又下降了。

　　類似的道理也適用于電池的正極，為了維持電池的穩(wěn)定有序，正極材料也經(jīng)過特殊設計，充電的時候不是所有的鋰離子都會游回負極，大約有近一半的鋰離子會留下來，這也削弱了電池的能量密度。