详解锂离子电池的结构原理

锂离子电池的结构原理

假如见过锂离子电池电芯的话一定了解，它的外观跟我们常用的5号电池差不多，只是尺寸稍微大一点。我们从外部就能看到电池的正极和负极，以及整个电池的外壳。而电池内部的结构和工作原理又是怎么样的呢？

电池内部重要由正极、负极、电解液和隔膜4部分组成，这些材料被封装在一个圆柱形的钢瓶内。由于正极材料上有很多微型的孔洞，所以可以储存大量电子。在放电过程中，这些电子通过外电路，移动到正极材料上。当电池接通外部用电器之后，会形成从正极到用电器再到负极的回路。这就是电池的基本工作原理。

负极材料其实是我们很常见的石墨。由于石墨天然具有很多孔洞，并且导电性好，其能够抓住电子的容量要大大超过正极材料。所以关于锂离子电池来说，重要的瓶颈卡在正极材料上。这也是各大电池公司为了提高锂离子电池的带电量（能量密度），不断的在对正极材料性能进行改进的原因。我们常说的三元锂和磷酸铁锂，指的都是正极材料。

在传统的铅酸电池领域，电解液采用的是成本极低的稀硫酸。这也是为何我们有时在更换汽车电瓶时，一个新电瓶在首次使用的时候要往里面加注一次液体，这个液体就是电解液。由于稀硫酸的重要成分是水，水在酸性粒子的用途下会出现导电性，所以可以在电池内部行成电流回路。但由于水的导电性差，传统铅酸电池的电压只有不到2伏，而我们使用的锂离子电池，单个电芯的电压可以达到3-4伏，所以要用锂盐来替代传统的水基电解液。

隔膜的用途是用来阻断电子，让电子沿着外电路路径流动，但离子可以通过隔膜，这样既能行成回路，又不会让正负极短路。

锂离子电池的充放电原理

锂离子电池之所以能够充放电，其本质是在充电时把电能转化为化学能，在放电时把化学能转换成电能的过程。简单说就是，充电时锂离子从正极材料通过电解质嵌入到负极材料中；放电时锂离子从负极材料经过电解质嵌入到正极材料中，而电子则通过外电路，形成电流。关于锂离子电池而言，正极材料的性能至关重要，它必须具备良好的导电性能、与电解质有良好的相容性以及出色的稳定性。