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[导读]人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力,各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力,其实很多人并不会去了解电子产品的组成,比如锂离子电池。

人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力,各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力,其实很多人并不会去了解电子产品的组成,比如锂离子电池。

锂离子电池是一种二次电池(即可反复充放电的电池),它重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,Li+(锂离子)在两个电极之间往返嵌入和脱嵌,因为锂离子在正极和负极材料中储存时能量不同,而该能量差就是锂离子电池能存储/释放的电量:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态,正极处于脱锂状态;放电时则相反。

锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物为正极(根据正极化合物不同,常见的锂离子电池有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂等)。中间有一层膈膜,避免正负极短路。在充放电过程中,Li+在正负极间往返:充电时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极;放电时则相反。在锂离子的嵌入与脱嵌过程中,同时伴随着等当量的电子的嵌入和脱嵌,也就产生了电流。

锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为摇椅电池。

因为材料本体的性质局限,在正极的反应过程中,钴酸锂一般情况下只能脱出0.5个锂离子,再多则会导致结构坍塌损坏,因此一般情况下钴酸锂的理论容量上限只有140mAh/g左右,而负极石墨的理论密度为360mAh/g。

过充导致放出的锂过多,负极部位容量不足,充电时产生的锂就无法插入负极石墨的间层结构中,会在负极表面形成金属锂。时间一久,这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过膈膜纸,使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。

能量密度关于各种电池都是最为基础的核心参数,必须而且应该是公开透明数据。然目前常用锂离子电池中,由于取决材料、技术体系不同,能量密度可以从几十(比如钛酸锂)到200Wh/kg左右。一旦这个数值极高(或极低),就值得重点关注了:一方面,在技术人员的努力下,做出了较高的能量密度,可能技术上有突破,值得庆祝;另一方面,不排除有部分人士商家存在性能夸大现象。

本文只能带领大家对锂离子电池有了初步的了解,对大家入门会有一定的帮助,同时需要不断总结,这样才能提高专业技能,也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。

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