锂离子电池工作原理详解
锂离子电池工作原理详解
锂离子电池是现代高性能电池的代表，广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备中。本文将为您详细介绍锂离子电池的工作原理、结构特点以及与锂聚合物电池的区别。
锂离子电池工作原理
锂离子电池的工作原理主要涉及充电过程、放电过程和电池保护板三个部分。
锂电池充电过程
在充电过程中，锂离子从正极生成并进入电解液，通过隔膜上的小孔移动到负极，与通过外部电路到达负极的电子结合。具体反应如下：
- 正极反应：LiCoO2 == 充电 == Li1-xCoO2 + Xli+ + Xe(电子)
- 负极反应：6C + XLi+ + Xe ===== LixC6
锂电池放电过程
放电时，电子和锂离子同时行动，方向相同但路径不同。电子通过外部电路从负极流向正极，锂离子则通过电解液从负极移动到正极，与电子结合。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
电池保护板
电池保护板主要针对可充电电池（一般指锂电池）起保护作用的集成电路板。由于锂电池不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池总会有保护板和一片电流保险器出现。
锂离子电池负极材料的特点
目前，锂离子电池的负极是将负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。其特点包括：
- 锂贮存量高
- 锂在碳中的嵌入-脱嵌反应快
- 锂离子在电极材料中的存在状态稳定
- 在电池的充放电循环中，碳负极材料体积变化小
- 电子导电性高
- 碳材料在电解液中不溶解
以石墨为例，锂离子位于石墨层与层的间隙之中。
锂离子电池正极材料
锂离子电池正极材料一般为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂材料。正极材料占有较大比例，因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。
锂离子电池是一种二次电池，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，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。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。
锂离子电池和锂聚合物电池的区别
原材料不同
锂离子电池的原材料为电解液（液体或胶体）；聚合物锂电池的原材料为电解质有高分子电解质（固态或胶态）和有机电解液。
安全性方面不同
锂离子电池在高温高压的环境中容易爆炸；聚合物锂电池采用铝塑膜做外壳，当内部采用有机电解质时，即使液体很热也不爆炸。
塑形不同
聚合物电池可以做到薄形化、任意面积化和任意形状化，原因在于其电解质可固态可胶态而非液态，锂电池则采用电解液，需要一个坚固的外壳作为二次包装容纳电解液。
电芯电压不同
由于聚合物电池采用高分子材料，可在电芯里做成多层组合达到高电压，而锂电池电芯标称容量是3.6V，要想在实际运用中达到高电压，则需要将多个电芯串联在一起才能形成理想的高电压工作平台。
制造工艺不同
聚合物电池越薄越好生产，锂电池越厚越好生产，这使得锂电池在应用上可拓展领域更多。
容量
聚合物电池的容量并无有效提升，与标准容量的锂电池相比还有所减少。