鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌來工作。隨著新能源汽車等下游產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，鋰離子電池的生產(chǎn)規(guī)模正在不斷擴大。

工作原理

1、正極構造

LiCoO2+導電劑+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔)

2、負極構造

石墨+導電劑+增稠劑(CMC)+粘結劑(SBR)+集流體(銅箔)

3、工作原理

3.1充電過程

一個電源給電池充電，此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上，正鋰離子Li+從正極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達負極，與早就跑過來的電子結合在一起。此時：

正極上發(fā)生的反應為：

負極上發(fā)生的反應為：

鋰離子電池的正負極工作原理

3.2電池放電過程

放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實質(zhì)都是在電池正負極加一個電阻讓電子通過。由此可知，只要負極上的電子不能從負極跑到正極，電池就不會放電。電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路不同，放電時，電子從負極經(jīng)過電子導體跑到正極，鋰離子Li+從負極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達正極，與早就跑過來的電子結合在一起。

3.3充放電特性

電芯正極采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一種層結構很穩(wěn)定的晶型，但當從LiCoO2拿走x個Li離子后，其結構可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于x的大小。

通過研究發(fā)現(xiàn)當x>0.5時，Li1-xCoO2的結構表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結。所以電芯在使用過程中應通過限制充電電壓來控制Li1-xCoO2中的x值，一般充電電壓不大于4.2V那么x小于0.5，這時Li1-xCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。

負極C6其本身有自己的特點，當?shù)谝淮位珊螅龢OLiCoO2中的Li被充到負極C6中，當放電時Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負極C6中心，以保證下次充放電Li的正常嵌入，否則電芯的壓倒很短，為了保證有一部分Li留在負極C6中，一般通過限制放電下限電壓來實現(xiàn)：安全充電上限電壓≤4.2V，放電下限電壓≥2.5V。

記憶效應的原理是結晶化，在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降，其原因是復雜而多樣的。主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來看，正負極上容納鋰離子的空穴結構會逐漸塌陷、堵塞;從化學角度來看，是正負極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目。

過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結構出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。

不適合的溫度將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學反應生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常。