什么是锂离子电池？其工作原理是什么？

锂离子电池是一种二次电池（即可反复充放电的电池），它重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+（锂离子）在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，因为锂离子在正极和负极材料中储存时能量不同，而该能量差就是锂离子电池能存储/释放的电量：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，正极处于脱锂状态；放电时则相反。下图就是锂离子电池工作的典型示意图，其使用的反应体系为最经典的钴酸锂正极-石墨负极。

在该电池中，以充电过程为例正负极的具体反应如下：

LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-

6C+xLi++xe-=LixC6

因为材料本体的性质局限，在正极的反应过程中，钴酸锂一般情况下只能脱出0.5个锂离子，再多则会导致结构坍塌损坏，因此一般情况下钴酸锂的理论容量上限只有140mAh/g左右，而负极石墨的理论密度为360mAh/g。再加上钴酸锂的放电的平均电压为3.7V（实际上是从4.2V的充满电最高电压逐渐下降到3V左右，3.7V为平均值），同时，考虑到石墨负极很低的电位值，以及电池中各种其它元件的占比，最后可以得到我们用的锂离子电池（例：手机）的能量密度大约是160Wh/kg左右。

能量密度关于各种电池都是最为基础的核心参数，必须而且应该是公开透明数据。然目前常用锂离子电池中，由于取决材料、技术体系不同，能量密度可以从几十（比如钛酸锂）到200Wh/kg左右。一旦这个数值极高（或极低），就值得重点关注了：一方面，在技术人员的努力下，做出了较高的能量密度，可能技术上有突破，值得庆祝；另一方面，不排除有部分人士商家存在性能夸大现象。假如能量密度数据不轻易标出，则消费者购买/投资人投资前就需谨慎思考（因为谨慎推测：不愿意标注的多半是因为该性能不佳）。电池的基础是电化学科学，而关于这一领域，有一个朴素但是最为基本的原理：任何一种电池，其存储能量的机理均需写出一个相应的电化反应方程式，如此才能了解其电压情况，判断其理论极限能量密度等，而且这些关于电池而言都只是最基本信息。不论此电池技术有多新（或只是相关人士所说的新），其原理都必须能写成化学方程式，落实在纸面上，如此才可以经得起学界、工业界常识的检验。

笔者近来有友被推销一种电池，然而推销人士却对最基本电池反应原理三缄其口，因为怕泄密，同时说出一些违反电化学基本常识的理论，因此购买与采用该技术前还是建议要做仔细调研，谨慎行事。因为就电池而言，电化学反应机理是最基本信息，要公开透明，而且这还仅仅是第一步在具有科学理论基础后，想要实用化，电池工程技术真正的壁垒在于对材料、整体结构以及工艺的优化。即使基础原理清楚，还需考虑实现难度，毕竟新技术工程化的艰辛是远超出很多人的想像的。近几十年来我国工业取得如此大成就得益于技术人员的辛勤积累，不懈坚持与严谨钻研。我国的电池工业能有目前的成就，同样离不开脚踏实地的实干精神和在工业工程化中的辛勤探索。