簡述鋰離子電池基本工作原理和結構

電池的基本原理：正極發(fā)生還原反應，得電子;負極發(fā)生氧化反應，失電子。電子經(jīng)過負載，由負極流向正極，形成方向從正極到負極的電流。

1個(+1)價鋰離子<------(1-x)個(+1/(1-x))價鋰離子+x個(+1)價鋰離子+x個電子

令x=0.5，得：

1個(+1)價鋰離子<------0.5個(+2)價鋰離子+0.5個(+1)價鋰離子+0.5個電子

兩邊乘以2，得：

2個(+1)價鋰離子<------1個(+2)價鋰離子+1個(+1)價鋰離子+1個電子

再簡化：

1個(+1)價鋰離子<------1個(+2)價鋰離子+1個電子

這個公式其實是描述整體反應，而不是描述單個個體反應的。用簡單的話來說就是：

正極的(+1/(1-x))價(其中，0

負極的鋰原子失去電子，被氧化為(+1)價鋰離子，電子從負極流入負載回路，鋰離子通過電解質(zhì)流向正極;

又回到電池基本原理了吧。正極的核心是(+1/(1-x))價鋰離子，負極核心是鋰原子，兩者反應生成(+1)價鋰原子，氧化還原反應中的電子流動形成電流。

在現(xiàn)實中制作電池時，總要物質(zhì)來承載正極的鋰離子和負極的鋰原子，就好像貨物總是要貨架的。那么鋰離子的貨架就是鈷酸根離子，與鋰離子共同構成正極;負極的鋰原子則由帶孔石墨等材料構成，不至于反應后，把負極反應沒了。正極和負極之間是電解質(zhì)和隔膜，既用于鋰離子流動，也用于隔離正負極，防止內(nèi)部短路。

為何要講鋰離子電池的基本工作原理和結構?后面談鋰離子電池充電、放電截至電壓和過充、過放的危害時會用到。

鋰離子電池特性

用戶最關心的鋰離子電池的特性是電容量，比如常說的2000mAh，指的是在鋰離子電池在正常工作情況下所能放出的電荷數(shù)。我們看一份鋰離子電池的規(guī)格說明書：

這塊電池比較重要的幾個參數(shù)：

容量：2500mAh

充電截止電壓：4.2V

放電截止電壓：2.5V

最大充電電流：4000mA

最大放電電流：20000mA

總之都是圍繞電池容量和充放電來考慮的。電池容量取決于負極能放出多少電子以及正極能吸收多少電子。

為何會有充電截止電壓呢，換句話來說，過壓充電后會有什么問題?在前面描述鋰離子電池結構時提到，負極是由石墨和鋰原子組成的，其實鋰并不是以原子形態(tài)存在的，而是以鋰離子形態(tài)和石墨共存的。過壓充電后，鋰離子會析出為晶體狀鋰，無法參與充放電，導致電池容量減少。

為何會有放電截至電壓呢，換句話說，放電過度后會有什么問題?過度放電后，負極中的鋰離子大量流向正極，導致石墨空虛，部分區(qū)域發(fā)生坍塌，無法再存放鋰離子，也會導致電池容量減少。

具體到一個鋰離子電池，它的容量在不同放電電流和溫度下也是不同的，且隨充放電周期數(shù)增多而減少。