从正极材料钴酸锂来解析锂电池的工作原理

以钴酸锂为正极的锂离子电池为例，解析锂电池的工作原理。充电时，锂离子从LiCoO2晶胞中脱出，其中的离子CO3+氧化为CO4+；放电时，锂离子则嵌入LiCoO2晶胞中，其中的Co4+变成CO3+。由于锂在元素周期表中是电极电势最负的单质，所以电池的工作电压可以高达3.6V，是Ni-Cd和Ni-MH电池的三倍。如LiCOO2为正极的锂离子电池的理论容量高达274mAh/g，实际容量为140mAh/g。
锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂离子浓度有关。用作锂离子电池的正极材料是过渡金属的离子复合氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等，作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnOz、锡的复合氧化物等。