什么是锂离子电池？其工作原理为何？

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。