锂电池的工作原理是什么,它又具有什么优势和特点_锂电池的工作原理是什么它又具有什么优势

(文章来源：用科学的视角看世界)

金属在我们的生活中很常见，如铁、铜、铝等。金属有一个容易被氧化的特性，所以它们的化学性质非常活跃。让我们以锂金属为例。锂原子的质子数是3，所以锂原子也含有3个电子。

电子在原子核外的排列是有规律的。第一层只能排列两个电子，所以第二层只有一个电子。因为最外层只有一个电子，这个电子容易不稳定，容易丢失。我们知道电流的产生是电流的定向流动。如果失去的电子通过导线流向另一个电极，就无法产生电流。锂离子电池就是利用这个原理。

我们称电池为化学电源，是一种能量转换装置。放电时，电池将化学能转化为电能。充电时，它将电能转化为化学能并储存起来。当电池的阳极和阴极通过电子导体连接起来，加上负载时，电流就会通过负载。只要参与反应的正负极物质继续反应，电池就会持续输出电流，直到反应物质的反应完成。

我们使用上面最简单的电池模型进行分析。电池的活性物质是铜和锌，在空间上是分开的。当电路断开时，锌电极和铜电极分别与硫酸锌溶液和硫酸铜溶液接触。当锌电极与电解液ZnSO4 _ 4接触时，金属锌会自发失去两个电子，所以会变成锌离子进入溶液。锌电极上的Zn2离子进入溶液后，会在金属上留下电子，使锌带负电。带负电荷后，会吸引溶液中的正电荷，使锌棒与溶液之间产生电位差，阻止Zn2继续向溶液中转移，同时促使Zn2返回锌电极，从而形成这样的动态平衡。但总的来说，锌电极是带负电的。

同样，在铜电极上，铜离子很容易获得电子，获得的电子是从铜电极上获得的，所以铜电极会带正电，也存在动态平衡。

锌电极带负电，铜电极带正电，所以两者之间会有电位差，也会形成电压，所以锌电极这边的电子会流向铜电极，然后产生电流。电子流动后，双方的平衡会被破坏，所以锌会继续失去电子并电离，铜离子会继续获得电子。所以有源源不断的电流。形成了电池。

当电池充电时，整个过程是相反的。锂电池的原理与此类似，只不过失去电子的是锂金属。那么，为什么现代社会我们用锂电池，却不同于铝电池或铁电池呢？这些金属不是更容易得到，成本更低吗？事实上，与其他金属制成的电池相比，锂电池具有许多独特的优势。

锂离子电池优点：比能量高，锂离子电池的能量质量比可以达到120~200Wh/kg，是目前电池中最高的。因为金属锂质量很轻，所以在同样质量下，它带的电荷最多。放电电压高，一般在3.2V~4.2V以上，自放电低。在正常储存条件下，锂离子电池的月自放电率仅为5%左右。

循环寿命长，无记忆效应，普通锂二次电池在100%放电深度下可充放电500次以上。如负极为磷酸铁锂电池和钛酸锂电池的循环寿命分别超过2000次和5000次。充电效率高，电池循环充放电时能量转换效率可达90%以上。

你可能觉得锂离子电池这几年好像没什么发展。事实上，制约锂离子电池高性能的主要因素是储锂材料和电解质材料的开发和应用。目前研究了很多石墨烯电池，利用石墨的层状结构将锂离子嵌入到石墨层中，可以大大增加电池的容量，并且由于石墨烯的超强导电性，提高了电池的充放电效率。（