简析锂离子电池的工作原理

锂离子电池工作原理!

锂离子电池的工作原理是充电和放电。

当电池充电时，电池正极出现的锂离子穿过电解质到达负极。到达负极的锂离子嵌在碳层的微孔中。锂离子嵌入越多，充电容量越大。

当电池放电(我们使用电池的过程)时，嵌在碳层中的锂离子会移回阳极。锂离子越回到正极，放电容量越大。我们通常所说的电池容量是指放电容量。在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极到负极再到正极的运动状态。

锂离子电池的正极通常由活性化合物锂构成，而负极则是具有特殊分子结构的碳。常用阳极材料的重要成分为LiCoO2。充电时，电极上的电势迫使阳极化合物释放锂离子，并将其嵌入碳中，阳极分子呈层流结构排列。在放电过程中，锂离子在层状结构中与碳分离，并与阳极化合物复合。锂离子的运动出现电流。在正电荷电极上发生的反应是

LiCoO2==Li(1-)xCoO2+XLi++Xe-(电子)

在负电荷电极上发生的反应是

6c+XLi++Xe-=LixC6

总可充电电池反应:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6

在实际的工业生产中，要考虑的问题远没有化学反应原理简单。为了维持多电荷的活性正极材料，要添加添加剂，而负极材料要在分子结构层面进行设计，以容纳更多的锂离子。除了保持稳定性外，正负电极之间的电解质还要具有良好的导电性，降低电池的内阻。镍镉电池的结晶记忆效应在锂离子电池中几乎不存在。锂离子电池的正极和负极材料本身的变化，即过充和过放电，会对锂离子电池的正极和负极造成永久性的损伤。从物理和分子的角度来看，正极和负极上含有锂离子的空穴结构将逐渐坍塌和堵塞。从化学角度看，它是阳极和阴极材料的主动钝化，并发生副反应出现其他稳定的化合物。在物理上，阳极材料会逐渐脱落，最终减少电池中锂离子的数量，使其在充放电过程中可以自由移动。其中一些锂离子不能再被释放。过度充电会迫使过多的锂离子进入负碳结构，这就是锂离子电池通常配备充放电控制电路的原因。多次充电后锂离子电池容量下降的原因复杂多样。