锂电池的工作原理及正负极材料

锂电池是一种充电电池，它主要依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。下面文章具体的为我们解析了锂离子电池的原理和保养办法。

【锂电池原理】锂电池工作原理锂电池正负极材料

锂电池是一种充电电池，它主要依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。

锂电池-简介

锂电池锂电池锂电池（Li-ion，LithiumIonBattery）：锂电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优势，因而得到了普遍使用——今朝的许多数码设备都采用了锂电池作电源，尽管其价格相对来说比较昂贵。锂电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍，而且具有很低的自放电率。此外，锂电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优势也是它广泛使用的紧要原由。

锂电池工作原理

锂电池锂电池原理结构锂系电池分为锂离子电池和锂电池。目前手机和笔记本电脑使用的都是锂电池，通常人们俗称其为锂离子电池。目前手机等使用的锂电池，而真正的锂离子电池由于危险性大，没有使用于日常电子产品。

锂电池正负极材料

锂电池负极材料为碳素材料，锂电池正极材料是含锂的化合物，没有金属锂存在，惟有锂离子，这就是锂电池。锂电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。

锂电池能量密度大，均匀输出电压高。自放电小，每月在10%以下。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。没有环境污染，被称为绿色电池。

充电是电池重复使用的紧要步骤，锂电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段（指示灯呈红色或黄色）和恒压电流递减阶段（指示灯呈绿色）。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到0，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂电池在多次使用后，放电曲线会发生改变，锂电池虽然不存在记忆效应，但是充电不当会严重影响电池性能。

锂电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子插入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。

充电量等于充电电流乘以充电时间，在充电控制电压一定的情况下，充电电流越大（充电速度越快），充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当，同样会造成电池容量不足，实际是电池的部分电极活性物质没有得到充足反应就停止充电，这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。

钢壳/铝壳系列：

（1）电池上下盖

（2）正极——活性物质一般为氧化锂钴

（3）隔膜——一种特殊的复合膜

（4）负极——活性物质为碳

（5）有机电解液

（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）

软包装系列

（1）正极——活性物质一般为氧化锂钴

（2）隔膜——PP或者PE复合膜

（3）负极——活性物质为碳

（4）有机电解液

（5）电池壳——铝塑复合膜

锂电池工作原理

锂电池原理图

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会萌生泡沫，反而不满。对电池来说，正常使用就是放电的过程。

锂离子电池放电需要留意几点：

第一，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害。在手机上，这个倒是没有问题的，可以不考虑。

第二，绝对不能过放电！锂离子电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了保护电路，电压还没低到损坏电池的程度，保护电路就会起作用，停止放电。从图上可以看出，电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降更快。

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