三元鋰離子電池主要由鎳、鈷、錳組成的正極材料和石墨負極材料構成。充電時,鋰離子從正極通過電解液遷移到負極,同時釋放電子經(jīng)過外部電路形成電流。放電時,鋰離子從負極遷移回正極,電子通過外部電路釋放能量。這樣,電池完成了充放電循環(huán)。
三元鋰離子電池的充放電過程涉及電池內(nèi)部的化學反應和離子遷移,具體過程如下:
充電過程
外部電源提供電壓: 當電池連接到充電器時,外部電源提供的電壓會高于電池的電壓。
鋰離子從正極遷移到負極: 充電電流使鋰離子從正極材料(如鎳鈷錳氧化物)通過電解液遷移到負極材料(如石墨)。
電子流動: 鋰離子在正極失去電子(氧化反應),這些電子通過外部電路流向負極,形成電流。
鋰離子嵌入負極: 負極材料的石墨層結構允許鋰離子嵌入其晶格中,這一過程被稱為插層反應。此時,電子在負極被還原(還原反應),并與鋰離子結合,儲存在負極材料中。
放電過程
電池供電: 當電池連接到負載時,電池開始放電,外部電路中會形成電流。
鋰離子從負極遷移到正極: 在放電過程中,負極材料中的鋰離子脫離石墨層,經(jīng)過電解液遷移到正極材料中。
電子流動: 鋰離子在負極失去電子(氧化反應),這些電子通過外部電路流向正極,提供電力。
鋰離子嵌入正極: 在正極,鋰離子嵌入正極材料的晶格中,電子在正極被還原(還原反應),并與鋰離子結合。
這個充放電過程是可逆的,使得鋰離子電池能夠多次循環(huán)使用。電池的能量密度、壽命和性能在很大程度上取決于正負極材料的性質、電解液的質量以及電池的設計。