鋰離子電池工作原理

鋰離子電池的工作原理是充電和放電。

當電池充電時，電池正極出現的鋰離子穿過電解質到達負極。到達負極的鋰離子嵌在碳層的微孔中。鋰離子嵌入越多，充電容量越大。

當電池放電(我們使用電池的過程)時，嵌在碳層中的鋰離子會移回陽極。鋰離子越回到正極，放電容量越大。我們通常所說的電池容量是指放電容量。在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極到負極再到正極的運動狀態。

鋰離子電池的正極通常由活性化合物鋰構成，而負極則是具有特殊分子結構的碳。常用陽極材料的重要成分為LiCoO2。充電時，電極上的電勢迫使陽極化合物釋放鋰離子，并將其嵌入碳中，陽極分子呈層流結構排列。在放電過程中，鋰離子在層狀結構中與碳分離，并與陽極化合物復合。鋰離子的運動出現電流。在正電荷電極上發生的反應是

LiCoO2==Li(1-)xCoO2+XLi++Xe-(電子)

在負電荷電極上發生的反應是

6c+XLi++Xe-=LixC6

總可充電電池反應:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6

在實際的工業生產中，要考慮的問題遠沒有化學反應原理簡單。為了維持多電荷的活性正極材料，要添加添加劑，而負極材料要在分子結構層面進行設計，以容納更多的鋰離子。除了保持穩定性外，正負電極之間的電解質還要具有良好的導電性，降低電池的內阻。鎳鎘電池的結晶記憶效應在鋰離子電池中幾乎不存在。鋰離子電池的正極和負極材料本身的變化，即過充和過放電，會對鋰離子電池的正極和負極造成永久性的損傷。從物理和分子的角度來看，正極和負極上含有鋰離子的空穴結構將逐漸坍塌和堵塞。從化學角度看，它是陽極和陰極材料的主動鈍化，并發生副反應出現其他穩定的化合物。在物理上，陽極材料會逐漸脫落，最終減少電池中鋰離子的數量，使其在充放電過程中可以自由移動。其中一些鋰離子不能再被釋放。過度充電會迫使過多的鋰離子進入負碳結構，這就是鋰離子電池通常配備充放電控制電路的原因。多次充電后鋰離子電池容量下降的原因復雜多樣。