锂离子电池结构及其工作原理详解图_锂离子电池结构及其工作原理详解

锂电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑都使用锂离子电池，也就是俗称的锂电池。真正的锂电池因为危险性大，很少用在日常电子产品中。

锂离子电池是一种可充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间的运动。在充放电过程中，Li在两个电极之间进行嵌入和脱出：电池充电时，Li从正极脱出，通过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含锂材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

锂离子电池的工作原理

锂离子电池使用碳材料作为负极，含锂化合物作为正极。没有金属锂，只有锂离子。这是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料的电池。锂离子电池的充放电过程就是锂离子嵌入和脱出的过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，与锂离子当量相同的电子同时嵌入和脱嵌(传统上正极用嵌入或脱嵌表示，负极用嵌入或脱嵌表示)。锂离子在充放电过程中，在正负极之间来回嵌入/脱嵌、嵌入/脱嵌，形象地称为“摇椅电池”。

当电池充电时，锂离子在电池的正极生成，生成的锂离子通过电解液向负极移动。作为负极，碳具有具有许多微孔的层状结构，并且到达负极的锂离子嵌入碳层的微孔中。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当电池放电时(也就是我们使用电池时)，嵌在负极碳层中的锂离子出来，移回正极。返回正极的锂离子越多，放电容量越高。

锂电池的充电电流一般设定在0.2C之间。电流越大，充电越快，电池发热越大。而且电流太大充电容量也不是满的，因为电池内部的电化学反应需要时间。就像倒啤酒一样，倒的太快会产生气泡，反而会不满。

对于电池来说，正常使用就是放电的过程。

锂电池放电时，请注意以下几点：

第一，放电电流不能太大。过大的电流会导致电池内部发热，从而可能造成永久性损坏。在手机上，这个没问题，可以忽略。

第二，千万不要过度放电！锂电池最怕过度放电。一旦放电电压低于2.7V，电池就可能报废。好在手机电池里已经安装了保护电路。在电压低到足以损坏电池之前，保护电路就会工作，停止放电。从图中可以看出，电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降越快。

锂离子电池结构

正极：活性物质、导电剂、溶剂、粘合剂和基质。

当电池放电时从外部电路获得电子的电极，此时电极经历还原反应。通常是具有高电位的电极。锂离子电池中钴酸锂和锰酸锂电极。

负极：活性物质(石墨、MCMB、CMS)、粘合剂、溶剂和基质。

电池放电时将电子传输到外部电路的电极。此时，电极经历氧化反应。通常电位较低的电极，锂离子电池中的石墨电极。

缺乏相互理解

隔板放在两个电极之间，作为隔离电极的装置，避免两个电极上的活性物质直接接触，内部短路

正极材料在锂电池中市场容量最大，附加值较高，约占锂电池成本的30%，毛利率低的15%，高的70%以上。

目前已经批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂和磷酸亚铁锂。

锂镍氧化物电池安全性最差(过充容易着火)，耐高温性最低(高温分解)，合成最困难。

钴酸锂是最早的商业化应用，至今技术已经非常成熟，广泛应用于小型低功耗便携式电子产品，如手机、笔记本电脑、数码电子产品等。

磷酸亚铁锂作为锂离子电池的正极材料，具有良好的电化学性能，非常稳定的充放电平台，在充放电过程中结构稳定。同时，该材料无毒、无污染，安全性能好，可在高温环境下使用，原料来源广泛，是目前电池行业的热点。

负极材料

负极材料在锂电池成本中占比很低，主要包括碳负极材料和非碳负极材料。

碳负极材料：目前广泛应用于商用锂离子电池。

优点：安全、循环寿命长、价格低廉、无毒。

缺点：质量低于能量。

非碳负极材料：锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物、纳米合金材料。

优点：体积能量密度高。

缺点：循环稳定性差，不可逆容量大，制备成本高，尚未工业化。

未来为了提高负极材料的容量和循环稳定性，将碳材料与各种高容量非碳负极材料相结合，开发高容量非碳复合负极材料。

隔膜材料

面向市场的隔膜材料主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的聚烯烃隔膜，其中PE产品主要采用湿法，PP产品主要采用干法。

聚乙烯产品与聚丙烯产品的特性比较：

1、PP相对更耐高温，PE相对耐低温；

2、PP密度小于PE；

3、PP的熔点和闭孔温度比PE高；

4、PP产品比PE更脆；

5、PE对环境压力更敏感。

主要隔板材料有单层PP、单层PE、PP陶瓷涂层、PE陶瓷涂层、双层PP/PE、双层PP/PP、三层PP/PE/PP等。前两类产品主要用于3C小型电池领域，而后者主要用于动力锂电池领域。

动力锂电池隔膜材料中，双层PP/PP隔膜材料主要由国内企业生产，在中国大陆使用，主要是因为目前国内企业还没有将PP和PE做成双层复合膜的技术和能力。全球汽车动力锂电池使用的隔膜主要是三层PP/PE/PP、双层PP/PE、PP陶瓷涂层、PE陶瓷涂层等隔膜材料。与此同时，其他一些新的隔膜材料也在不断涌现并开始应用。但由于数量少，价格高，主要用于动力锂电池制造领域。这些产品主要包括：涂层聚酯薄膜(PET)、纤维素薄膜、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚酰胺薄膜(PA)、氨纶或芳纶薄膜等。这些隔膜的优点是耐高温、低温输出、长充电循环寿命和适中的机械强度。总的来说，锂电池隔膜材料呈现出明显的多元化发展趋势。

浴液

锂离子电池电解质材料注重高安全性和高环境适应性。主要发展将集中在：新型溶剂(拓宽工作温度范围)、离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、添加剂(阻燃剂、氧化还原对、保护正负极成膜等)。)，等等。配合新的正负极材料，安全性、功率、容量都将得到提升，最终安全便捷地应用于电动汽车、储能、航空航天和

用途：涂层极片进一步压实，以提高电池的能量密度。

极片切割设备

超声波焊接导电手柄设备

卷取机

用途：将制成的极片卷绕成电池。

手套箱

用途：确保电解液和卷芯一起包装在低湿度环境中。

液体注射机

用途：保证高精度流水线作业，将电解液真空注入电池包装材料。

成华测试设备

用途：对蓄电池进行充电和激活，同时产生电压并测试蓄电池的容量。