关于锂电池工作原理及结构详解
来源：宝鄂实业
2019-07-06 13:09
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1、锂电池基本结构
主要材料：正极、负极、电解液、隔膜
结构：圆形、方形;叠片、卷绕
形态：聚合物(软包装)、液态锂离子(钢壳)
2、锂电池工作原理
正极材料：LiMn2O4，负极材料：石墨
充电时正极的Li+和电解液中的Li+向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li+向正极移动。
3、锂电池组成原理
①正极构造
LiMn2O4(锰酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)正极
②负极构造
石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铜箔)负极
4、充电过程
电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上，正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为LiMn2O4==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(电子)
负极上发生的反应为6C+XLi+Xe==LixC6
5、放电过程
电池放电，此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上，正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为Li1-xMn2O4+xli++xe(电子)==LiMn2O4
负极上发生的反应为LixC6==6C+xLi+xe层状结构的LiMO2（M=Co、Ni、Mn）中，不同的过渡金属材料在合成和电化学性质上还是稍有区别，总结如下：（1）层状LiCoO2结构中，锂离子的可逆嵌入脱嵌量只有0.5个单元，多于0.5时，材料会发生不可逆的相变，造成容量衰减。所以LiCoO2的耐过充能力差，Li1-xCoO2中x的范围为0≤x≤0.5，理论容量只有156 mAh/g。此外，处于充电状态的钴酸锂Li1-xCoO2（x>0）在高温下容易发生析氧反应，放出氧气。
Li0.5CoO2 ↔ 0.5 LiCoO2 + 1/6 Co3O4 + 1/6 O2
层状LiNiO2的理论容量有275 mAh/g，实际容量在190-200 mAh/g。但由于镍离子的离子半径小于锂离子，在充放电过程中镍离子容易占据锂离子的位置，出现阳离子错排的现象，导致LiNiO2局部层间结构坍塌，造成材料的容量降低。此外LiNiO2材料还存在热稳定性差、放热量大、耐过充能力差等多种问题。
层状LiMnO2与层状的LiCoO2结构略有不同，氧原子是以扭变的四方密堆方式排布，呈层状岩盐结构。理论容量为285 mAh/g，但其循环性能较差。材料在脱锂后结构不稳定，会慢慢向尖晶石型LiMn2O4结构转变，此时锂离子会进入锰离子层，造成容量衰减。此外锰离子还容易与电解液发生副反应，进而溶解在电解液里。高温时材料还易发生产生杂相的反应。
