鋰離子電池充放電原理

鋰離子電池是十幾年前出現(xiàn)的金屬鋰電池的替代產(chǎn)品，電池的主要構(gòu)成是正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和外殼。目前鋰電池公認(rèn)的基本原理是左右搖擺。鋰電池的充放電不是通過(guò)傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生能量變化。

一、鋰離子電池的工作原理。

鋰離子電池的充放電過(guò)程是Li+正負(fù)極材料的嵌入和嵌入，伴隨著能量的吸收和釋放。給鋰離子電池充電:Li+從正極材料中嵌入，通過(guò)電解液到負(fù)極，吸收電子后嵌入負(fù)極材料形成能量高的嵌入化合物。

鋰離子電池是一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)工作。充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌入:充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌入，通過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)的放電時(shí)相反。一般采用含鋰元素的材料作為電極電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

鋰電池的充放電過(guò)程是鋰離子的嵌入和嵌入。在鋰離子的嵌入和嵌入過(guò)程中，伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和嵌入(習(xí)慣上正極用嵌入或嵌入，負(fù)極用嵌入或嵌入)。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正負(fù)極間來(lái)回嵌入/脫嵌入和插入/脫插入，形象上被稱為搖椅電池。

充電電池時(shí)，鋰電池的正極生成鋰離子，生成的鋰離子通過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。負(fù)極碳呈層狀結(jié)構(gòu)，有許多微孔，負(fù)極鋰離子嵌入碳層微孔，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，放電電池時(shí)，嵌入負(fù)極碳層的鋰離子脫離，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量就越高。

二、鋰電池組成結(jié)構(gòu)材料

鋰電池是幾年前出現(xiàn)的金屬鋰電池的替代產(chǎn)品，電池的主要組成部分是正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和外殼。

正極-采用能吸收鋰離子的碳極，放電時(shí)，鋰變成鋰離子，脫離電池陽(yáng)極，達(dá)到鋰離子電池陰極。

負(fù)極-材料選擇電位盡可能接近鋰位置的鋰化合物。例如，各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相球碳等和金屬氧化物。

電解質(zhì)-采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙碳酸脂等烷基碳酸脂組合的混合溶劑系統(tǒng)。

隔膜-采用聚乙烯微多孔膜，如聚乙烯、聚丙烯或復(fù)合膜，特別是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層隔膜，不僅熔點(diǎn)低，而且抗穿刺強(qiáng)度高，發(fā)揮熱保險(xiǎn)作用。

四、鋰電池充放電的原理。

鋰電池的工作原理是充放電原理。充電電池時(shí)，電池的正極生成鋰離子，生成的鋰離子通過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，有很多負(fù)極鋰離子嵌入碳層微孔，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

在鋰電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比搖椅的兩端是電池的兩極，鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端奔跑。因此，專家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。

五、鋰電池的充放電要求。

1.鋰電池的充電。

單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過(guò)度充電。否則，正極鋰離子的損失過(guò)多，電池就會(huì)廢棄。鋰電池充電時(shí)，請(qǐng)采用專用的恒流、恒壓充電器，將恒流充電到鋰電池兩端的電壓為4.2V后，轉(zhuǎn)入恒壓充電模式的恒壓充電電流下降到100mA時(shí)，請(qǐng)停止充電。

2.鋰電池的放電。

由于鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，放電時(shí)鋰離子不能全部移動(dòng)到正極，為了保證下次充電時(shí)鋰離子能夠順利地嵌入通道，必須保持部分鋰離子在負(fù)極。否則，電池壽命將縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰電，必須嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，即鋰電池不能放電。單節(jié)鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不得低于2.5V。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。

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