一、 核心組成:
1、正極(陰極):通常采用鋰金屬氧化物材料,如鈷酸鋰(LiCoO?)、磷酸鐵鋰(LiFePO?)或三元材料(如NCM:鎳鈷錳酸鋰)。
2、負極(陽極):常用石墨(碳材料),鋰離子在充電時嵌入石墨層間。
3、電解液:含鋰鹽(如LiPF?)的有機溶液,作為鋰離子遷移的介質(zhì)。
4、隔膜:多孔聚合物薄膜(如聚乙烯/聚丙烯),允許鋰離子通過但阻止電子直接流動,防止短路。
二、充放電過程:
鋰電池通過鋰離子在正負極之間的嵌入(Intercalation)和脫嵌(Deintercalation)實現(xiàn)能量的存儲與釋放。
1、充電過程(外部電源供電):
正極反應(yīng):鋰離子從正極材料(如LiCoO?)中脫出,正極被氧化。離子遷移:鋰離子通過電解液從正極遷移到負極。負極反應(yīng):鋰離子嵌入石墨層間,電子通過外電路到達負極。
2、放電過程(對外供電):
負極反應(yīng):鋰離子從石墨中脫出,電子通過外電路流向正極。離子遷移:鋰離子通過電解液遷移回正極。正極反應(yīng):鋰離子重新嵌入正極材料,正極被還原。
三、關(guān)鍵特性:
1、高能量密度:鋰的原子量小,氧化還原電位高,單位質(zhì)量/體積存儲能量大。
2、無記憶效應(yīng):可隨時充放電,不影響容量。
3、低自放電率:每月自放電率約12%,優(yōu)于鎳氫電池。
4、循環(huán)壽命:通常為5002000次充放電循環(huán)(取決于材料和設(shè)計)。
四、安全性與挑戰(zhàn):
1、熱失控風(fēng)險:過充、高溫或物理損傷可能導(dǎo)致電解液分解、隔膜破裂,引發(fā)短路甚至起火(如鈷酸鋰電池)。
2、改進方向:使用更穩(wěn)定的正極材料(如磷酸鐵鋰LiFePO?);優(yōu)化電解液(如固態(tài)電解質(zhì));添加保護電路(BMS,電池管理系統(tǒng))。
五、常見鋰電池類型:
鋰電池通過鋰離子在正負極之間的可逆遷移實現(xiàn)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。其高能量密度和長循環(huán)壽命使其成為便攜式電子設(shè)備、電動汽車和儲能系統(tǒng)的核心能源技術(shù)。未來發(fā)展方向包括提高安全性(如固態(tài)電池)、降低成本以及提升能量密度(如硅基負極、富鋰正極)。