新能源电池技术科普：锂离子电池

网络 2024-05-14

锂电池是一种使用锂金属或锂合金作为正/负极材料的电池，主要通过非水电解质溶液来工作。锂电池可以分为两大类：锂金属电池和锂离子电池。

锂离子电池简介

锂电池是一种使用锂金属或锂合金作为正/负极材料的电池，主要通过非水电解质溶液来工作。锂电池可以分为两大类：锂金属电池和锂离子电池。

锂金属电池使用纯锂作为负极材料。从理论能量密度来看，锂金属电池具有高达3860 mAh/g-1的理论能量密度，远高于锂离子电池中石墨阳极的372 mAh/g-1。这意味着锂金属电池在单位质量下能够存储更多的能量，在理论上具有更高的能效。然而，锂金属电池作为一次性电池，安全性较低，易于爆炸。此外，锂金属电池在实际应用中面临着循环寿命短的问题。尽管固态锂金属电池通过改进电解质材料可以展现出较长的循环寿命，但仍然无法与锂离子电池相比。因此在多种应用场景，如便携式电子设备和电动汽车中，锂离子电池是比锂金属电池更理想的选择。

锂离子电池是电池发展进程中最新型电池之一，是一种可充电电池，主要依靠锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。与其他类型的电池相比，锂离子电池不仅小型轻量化，而且储存的电能更高。

结构组成

· 正极：通常由钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或镍钴锰酸锂(俗称三元材料)构成。

· 隔膜：是一种特殊成型的高分子薄膜，位于正负极之间，允许锂离子通过但阻止电子直接流通，以防短路，通常由多孔的聚烯烃材料制成。

· 负极：通常由石墨或近似石墨结构的碳构成。早期的锂金属电池直接使用锂金属，而现代常见的锂离子电池则使用石墨、硅或锂等材料作为嵌锂的主体。

· 有机电解液：一种允许锂离子通过的导电介质，通常为无水有机溶剂，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯的混合物；聚合物锂电池使用凝胶状电解液。

· 电池外壳：保护内部结构并提供外部连接，可以是钢壳、铝壳、镀镍铁壳或铝塑膜等。

工作原理

· 充电时：锂离子从正极脱嵌，随着电流方向通过电解液迁移到负极，与负极的碳原子发生化学反应。从正极转移到负极的锂离子越多，这个电池可存储的能量就越多。

· 放电时：锂离子从负极脱出又回到正极。从负极转移到正极的锂离子越多，这个电池可释放的能量就越多。