通過(guò)鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)充電和放電的二次電池

什么是鋰離子電池？

鋰離子電池是通過(guò)鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)充電和放電的二次電池。

它用于電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)蓄電池、智能手機(jī)和筆記本電腦。與鉛酸電池相比，其電壓較高，且可儲(chǔ)存能量的活性物質(zhì)在電池中所占比例較小，因此與相同能量的電池相比，具有體積較小的優(yōu)勢(shì)。

電池會(huì)隨著反復(fù)充電和放電而老化，并最終達(dá)到使用壽命。鋰離子電池也不例外，但在稱(chēng)為循環(huán)測(cè)試的耐久性測(cè)試中已證實(shí)其比其他電池具有更長(zhǎng)的壽命。

鋰離子電池的應(yīng)用

鋰離子電池的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括IT領(lǐng)域、汽車(chē)領(lǐng)域、能源領(lǐng)域。鋰離子電池具有高能量密度的優(yōu)良特性，因此可以制造成小型、薄型、高容量的電池。

由于手機(jī)和筆記本電腦等應(yīng)用需要更小、更輕的電池，鋰離子電池因其能夠滿(mǎn)足這些需求而變得越來(lái)越受歡迎。此外，這些產(chǎn)品大多使用鋰離子電池。由于它們是小型電池，因此也用于可穿戴設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。

此外，由于其電容量大，它們被用作電動(dòng)汽車(chē)（EV）、電力存儲(chǔ)系統(tǒng)和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的中型和大型電池。 主要用途示例如下。

• 筆記本電腦/平板電腦

• 小家電：無(wú)繩吸塵器、熨斗等。

• 交通：電動(dòng)汽車(chē)（EV）、電動(dòng)助力自行車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)

• 數(shù)據(jù)中心、通信中繼基站等儲(chǔ)能模塊和不間斷電源。

• 物聯(lián)網(wǎng)傳感器

• 各種工業(yè)機(jī)械：工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、叉車(chē)、電動(dòng)工具、電動(dòng)車(chē)、電梯

• 醫(yī)療設(shè)備/保健用品：腕帶終端、助聽(tīng)器、胰島素筆等。

• 可穿戴設(shè)備：智能眼鏡、無(wú)線耳機(jī)等。

• 機(jī)器人、衛(wèi)星、潛艇

鋰離子電池原理

鋰離子電池是一種通過(guò)在由隔膜隔開(kāi)的正極和負(fù)極之間移動(dòng)鋰離子（Li + ）來(lái)放電和充電的二次電池。

1. 放電期間

充電完成后，鋰離子儲(chǔ)存在負(fù)極中。當(dāng)形成連接正極和負(fù)極的放電電路時(shí)，存儲(chǔ)在負(fù)極中的鋰離子穿過(guò)電解質(zhì)并流向正極。隨著帶正電的鋰離子從負(fù)極被還原，負(fù)極帶負(fù)電并產(chǎn)生放電電流。

2. 充電

充電與上述放電相反。連接到充電電源并以與放電相反的方向流動(dòng)充電電流。結(jié)果，電子在電池的負(fù)極積聚，帶正電的鋰離子從正極釋放到電解質(zhì)中并積聚在負(fù)極，以抵消因電子積聚而產(chǎn)生的負(fù)電荷。

3、鋰離子電池的特點(diǎn)

鋰離子電池的特點(diǎn)是目前實(shí)際使用的所有電池中能量密度最高。另外，鋰離子電池的標(biāo)稱(chēng)電壓為3.6-3.7V，約為1.2V鎳氫電池的3倍，2.1V鉛酸電池的1.5倍，1.5V干電池的2.5倍。電池。

電解質(zhì)溶劑為水的二次電池具有在施加1.5V以上的電壓時(shí)電解成氫和氧的性質(zhì)，但鋰離子電池使用有機(jī)溶劑，因此能夠發(fā)生水電解而獲得電動(dòng)勢(shì)。超過(guò)電壓。

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)

圖1 鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

鋰離子電池與典型的蓄電池相同，由正極、負(fù)極和浸泡它們的電解液組成。

正極和負(fù)極由稱(chēng)為隔膜的膜隔開(kāi)，該膜允許鋰離子通過(guò)但不允許電子通過(guò)，并且它們之間的空隙充滿(mǎn)電解質(zhì)。充電時(shí)，當(dāng)電解液中存在的鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極時(shí)，負(fù)極和正極之間會(huì)產(chǎn)生電位差（電壓），通過(guò)連接可以將其作為電流提?。ǚ烹姡┑筋A(yù)期的電路是可能的。

充電涉及施加外部電壓以將鋰離子從正極活性材料移動(dòng)到負(fù)極活性材料。充電后，鋰離子可以再次向放電方向移動(dòng)，從而可以重復(fù)充電和放電。

鋰離子電池的類(lèi)型

鋰離子電池有多種類(lèi)型，其性能根據(jù)正極、負(fù)極和電解質(zhì)材料的組合而變化。此外，各種形狀的產(chǎn)品也已商品化。

1、按材料類(lèi)型分類(lèi)

在鋰離子電池中，負(fù)極基本上是石墨，但正極有多種類(lèi)型。主要有以下幾個(gè)。

• 鈷基鋰離子電池（正極：鈷酸鋰等）

• NCA系鋰離子電池（正極：鎳鈷鋁）

• 鎳型鋰離子電池（正極：鎳酸鋰等）

• 錳基鋰離子電池（正極：錳酸鋰等）

• 鈦酸鹽系鋰離子電池（正極：錳等，負(fù)極：鈦酸鋰等）

• 三元鋰離子電池（正極：鎳錳鈷（NMC））

• 磷酸鐵鋰離子電池（正極：磷酸鐵鋰等）

2、按形狀分類(lèi)

鋰離子電池根據(jù)用途有不同的形狀。

圓柱形的成本低，單位體積的容量最高。然而，應(yīng)該注意的是，隨著更多單元的組合，密度會(huì)降低，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生間隙。外罐通常使用鐵。

方形鋰離子電池的外殼通常由鋁制成。它設(shè)計(jì)為通過(guò)重復(fù)充電和放電循環(huán)進(jìn)行充氣。層壓罐的形狀類(lèi)似矩形，但使用層壓薄膜代替金屬罐。除了液體電解質(zhì)之外，層壓罐有時(shí)還使用含有凝膠電解質(zhì)的聚合物類(lèi)電解質(zhì)。

如何選擇鋰離子電池

選擇鋰離子電池時(shí)的主要指標(biāo)有：

• 電壓：輸出強(qiáng)度

• 能量密度：?jiǎn)挝惑w積儲(chǔ)存的能量

• 充電速度：是否可以快速充電等。

• 使用溫度

• 壽命

• 安全：符合安全標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)冒煙和著火

由于每種產(chǎn)品都有不同的特點(diǎn)，因此有必要選擇適合您用途的產(chǎn)品。例如，如果要在大型設(shè)備中使用，需要高輸出，因此優(yōu)選高電壓的電池。如果想要小型化，高能量密度的電池是合適的。

此外，如果預(yù)計(jì)長(zhǎng)期、低維護(hù)使用，則應(yīng)選擇壽命長(zhǎng)的電池。在寒冷地區(qū)使用時(shí)，適合使用溫度較低的產(chǎn)品。這樣，就需要根據(jù)用途來(lái)選擇合適的。