鋰離子電池的工作原理
鋰離子電池由最早由日本索尼公司于1990年開發成功并商用，是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現代高性能電池的代表。
鋰離子電池是把鋰離子嵌入碳(石油焦炭和石墨)中形成負極(傳統鋰電池用鋰或鋰合金作負極)。鋰離子電池的工作原理正極材料常用LixCoO2，也用LixNiO2，和LixMnO4，電解液用LiPF6＋二乙烯碳酸酯(EC)＋二甲基碳酸酯(DMC)。
石油焦炭和石墨作負極材料無毒，且資源充足，鋰離子嵌入碳中，克服了鋰的高活性，解決了傳統鋰電池存在的安全問題，正極LixCoO2在充、放電性能和壽命上均能達到較高水平，使成本降低，總之鋰離子電池的綜合性能提高了。鋰離子電池占有很大的市場。
鋰離子電池系統可以說是一個濃度電池，因為鋰離子會由一極經由電解液跑到另一極，因此要設計一個成功的鋰離子電池并使之與鋰金屬電池的效益相當必須符合以下幾項原則：
1.在陽極的鋰活性須接近1，以確定此電池的開路電位與原鋰金屬電池接近
2.兩極的等效重量須低，如此才有應用的價值
3.鋰離子在兩極的擴散系數須高，以使電池在充放電時能夠實時快速反應
4.兩極須容易制作且無毒性，確保價格低與環境保護。
鋰離子電池的工作原理
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程)，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。
下圖是英文圖注的鋰離子電池工作原理圖，如果你英文不好，卻能夠看懂，說明你對鋰離子電池的工作原理基本掌握了。
一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時電池發熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內部的電化學反應需要時間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產生泡沫，反而不滿。
以磷酸亞鐵鋰為例，其放電和充電時的電極反應分別為：
正極反應：
充電時鋰離子脫嵌：LiFePO4→Li1－xFePO4＋xLi＋＋ xe-
放電時鋰離子嵌入：Li1－xFePO4＋xLi＋＋ xe-→LiFePO4
負極反應：
充電時鋰離子插入：xLi＋＋ x e-＋ 6C →LixC6
放電時鋰離子脫插：LixC6→ xLi＋＋ x e-＋ 6C
以鈷酸鋰作為正極材料的鋰離子電池，其充電和放電的電極反應為：
充電時的反應式:LiCoO2＋C→Li1－xCoO2＋LixC
放電時的反應式為：Li1－xCoO2＋LixC→LiCoO2＋C
事實上，正極材料中的CoO2－和FePO4－在電池中作為類似“骨架”而使得Li＋得以在其中自由的移動，負極材料的石墨碳能夠親和Li＋而使得Li的活性變得溫和而持續。
對電池來說，正常使用就是放電的過程。
鋰離子電池放電需要注意幾點：
第一，放電電流不能過大，過大的電流導致電池內部發熱，有可能會造成永久性的損害。在手機上，這個倒是沒有問題的，可以不考慮。
第二，絕對不能過放電！鋰離子電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池報廢。好在鋰離子電池內部裝了保護電路，電壓還沒低到損壞電池的程度，保護電路就會起作用，停止放電。電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。
鋰離子電池結構
正極：活性物質，導電劑、溶劑、粘合劑、基體。
電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發生還原反應。通常是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。
負極：活性物質（石墨、MCMB、CMS)，粘合劑、溶劑、基體。
電池放電時向外電路輸送電子的電極，此時電極發生氧化反應。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。
隔膜
隔膜是放置于兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質直接接觸而造成電池內部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。
隔膜要求：
1.離子透過度大
2.機械性強度適當
3.本身為絕緣體
4.不與電解液及電極發生反應
材質：單層PE（聚乙烯）或者三層復合PP（聚丙烯） +PE+PP
厚度：單層一般為0.016～0.020mm，三層一般為0.020～0.025mm
電解液
外殼五金件（鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶）
鋰離子電池的制造工藝流程鋰離子電池生產用的主要設備
真空攪拌機
用途：將各種電池材料均勻的攪拌成漿狀。
電極涂布機
用途：攪拌后的漿料均勻涂膜在金屬箔片 上。對漿料的涂布厚度精確到3微米以下。
輥壓機
用途：涂布后的極片進一步壓實，提高電池的能量密度。
極片分切設備
超聲焊接導電柄設備
卷繞機
用途：將制造好的極片卷繞成電池
手套箱
用途：保證在低濕度環境下將電解液與卷芯封裝在一起
注液機
用途：保證高精度的流水化將電解液真空注入電池包裝材料內
化成測試設備
用途：將做好的電池充電活化，產生電壓，同時測試電池的容量。
鋰離子電池產品使用注意事項：
①防摔：摔落可以改變電池的內部機械或化學結構，這些變化可能導致任何故障安全電路在極端壓力條件下發生故障。
②過熱：雖然電池中存在保護措施以確保其散熱，或者在過熱時關閉，但首先要保持電池遠離溫度限制。防止過熱的方法是，避免長時間高功率使用，不要暴曬電池或將電池置于溫度較高環境中。
③充電器：一定要使用電池原廠家提供的充電器，過高的充電電壓、過高的充電電流都會造成電池的損害。
④防水：電池掉入水中是很危險的，一定要注意避免。
以上就是關于鋰離子電池的工作原理的詳細介紹，希望對鋰電朋友們有所幫助。如果有任何關于鋰離子電池或者鋰電池定制的問題，歡迎在諾信電子官網留言，我們會第一時間為您解答。
本文鏈接：http://www.kuramotokousuke.com{dede:field.arcurl/}
諾信新聞,諾信公司新聞,鋰電池行業新聞,展會新聞
