鋰離子電池工作原理及組成結(jié)構(gòu)介紹

來源：存能電氣  日期：2019-05-09 08:54  瀏覽量：次

　　鋰離子電池工作原理及組成結(jié)構(gòu)介紹。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(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)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。

　　鋰離子電池工作原理

　　鋰離子電池，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

　　鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。

　　鋰離子電池的充放電過程，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(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)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(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，鋰電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子電池就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

　　鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)有哪些？

　　鋰離子電池構(gòu)成主要有正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。其中，正極、負(fù)極包含活性電極物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，均勻涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

　　1.正極—活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動(dòng)自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

　　2.隔膜一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。

　　3.負(fù)極—活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

　　4.有機(jī)電解液—溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。

　　5.電池外殼—分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼）、鋁塑膜等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。

　　鋰離子電池的正極電位較高，常為嵌鋰過渡金屬氧化物，或者聚陰離子化合物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等；鋰離子電池負(fù)極物質(zhì)通常為碳素材料，如石墨和非石墨化碳等；鋰離子電池電解液主要為非水溶液，由有機(jī)混合溶劑和鋰鹽構(gòu)成，其中溶劑多為碳酸之類有機(jī)溶劑，鋰鹽多為單價(jià)聚陰離子鋰鹽，如六氟磷酸鋰等；鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀微孔膜，起到隔離正、負(fù)極物質(zhì)，防止電子通過引起短路，同時(shí)能讓電解液中離子通過的作用。

　　隨著鋰離子電池在人們的日常生活及軍工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,眾多高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)都在致力于鋰離子電池新技術(shù)的研發(fā),也許在不久的將來更安全、容量更高。