锂电池的结构与工作原理介绍

所谓锂电池实际上是一种锂离子浓度差电池，正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成。充电时，锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡，放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经电解质嵌入正极（这种循环被形象的称为摇椅式机制）。在正常的充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出，因为过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2中低自旋配合物多，晶格体积小，在锂离子嵌入脱嵌时，晶格膨胀收缩性小，结晶结构稳定，因此循环性能好，而且充放电过程中，负极材料化学结构基本不变，因此从充放电反应的可逆性看锂电池反应是一种理想的可逆过程。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，神奇机理的锂电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。

 

◎当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

 

◎作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxpyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

 

◎电解质采用LipF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（pC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

 

◎隔膜采用聚烯微多孔膜如pE、pp或它们复合膜，尤其是pp/pE/pp三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用。

 

◎外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能。