关于锂离子电池基本工作原理和结构以及特性介绍
来源：宝鄂实业
2019-07-17 10:28
点击量：次
电池的基本原理：正极发生还原反应，得电子;负极发生氧化反应，失电子。电子经过负载，由负极流向正极，形成方向从正极到负极的电流。
介绍锂离子电池的工作原理时，以应用较为广泛的 18650 锂离子电芯为例，下面是发生的化学反应示意图和公式：
先看放电过程中正极的反应(钴酸根先拿掉)。
1个 (+1)价锂离子<------ (1-x) 个 (+1/(1-x)) 价锂离子 + x个 (+1) 价锂离子 + x个电子
令 x=0.5，得：
1个 (+1) 价锂离子<------0.5个 (+2) 价锂离子 + 0.5个 (+1) 价锂离子 + 0.5个电子
两边乘以2，得：
2个 (+1) 价锂离子<------1个(+2)价锂离子 + 1个 (+1) 价锂离子 + 1个电子
再简化：
1个 (+1) 价锂离子<------1个(+2)价锂离子 + 1个电子
这个公式其实是描述整体反应，而不是描述单个个体反应的。用简单的话来说就是：
正极的(+1/(1-x))价(其中，0
负极的锂原子失去电子，被氧化为(+1)价锂离子，电子从负极流入负载回路，锂离子通过电解质流向正极;
又回到电池基本原理了吧。正极的核心是 (+1/(1-x)) 价锂离子，负极核心是锂原子，两者反应生成 (+1)价锂原子，氧化还原反应中的电子流动形成电流。
在现实中制作电池时，总需要物质来承载正极的锂离子和负极的锂原子，就好像货物总是需要货架的。那么锂离子的货架就是 钴酸根 离子，与锂离子共同构成正极;负极的锂原子则由带孔石墨等材料构成，不至于反应后，把负极反应没了。正极和负极之间是电解质和隔膜，既用于锂离子流动，也用于隔离正负极，防止内部短路。
锂离子电池特性
用户最关心的锂离子电池的特性是电容量，比如常说的 2000mAh，指的是在锂电池在正常工作情况下所能放出的电荷数。我们看一份锂离子电池的规格说明书：
这块电池比较重要的几个参数：
容量 ：2500 mAh
充电截止电压：4.2 V
放电截止电压：2.5 V
最大充电电流：4000 mA
最大放电电流：20000 mA
总之都是围绕电池容量和充放电来考虑的。电池容量取决于负极能放出多少电子以及正极能吸收多少电子。
为什么会有充电截止电压呢，换句话来说，过压充电后会有什么问题?在前面描述锂离子电池结构时提到，负极是由石墨和锂原子组成的，其实锂并不是以原子形态存在的，而是以锂离子形态和石墨共存的。过压充电后，锂离子会析出为晶体状锂，无法参与充放电，导致电池容量减少。
为什么会有放电截至电压呢，换句话说，放电过度后会有什么问题?过度放电后，负极中的锂离子大量流向正极，导致石墨空虚，部分区域发生坍塌，无法再存放锂离子，也会导致电池容量减少。
