锂离子电池如何工作？ 锂离子电池是如何制造的

原子序数为 3、密度为 0.534 g/cc、具有非常低的标准还原电位（Li + /Li 对 -3.05 V vs. SHE）和理论比容量为 3860 Ah/kg (2061 mAh/cc) 的锂金属是所有金属中最轻的重量、最高的电压和最大的能量密度。 （与原子序数82、密度11.29 g/cc、理论比容量257.8 Ah/kg、标准还原电位-0.35V vs. SHE的铅相比）。

正极的活性材料为LiCoO2或LiMnO2或LiFePO4等混合氧化物中的任一种。 负极主要是石墨和无定形碳化合物。 使用有机电解质（包含离解的锂导电盐，如 LIPF6）。 使用聚丙烯 (PP) 或聚乙烯 (PE) 或混合隔膜。 锂离子在充电和放电过程中在锂离子电池的电极之间来回迁移，并嵌入到活性材料中，如下所述：

 

图 9。 锂离子电池的分解图

图片来源：Zhang Z., Ramadass P. (2012) 锂离子电池系统和技术。 在：Meyers RA (eds) 可持续性科学与技术百科全书。 斯普林格，纽约，纽约，第 6124 页。 http s://doi.org/10.1007/978-1-4419-0851-3_663

在锂离子电池 (LIB) 的放电过程中，来自阳极的锂离子脱嵌（或提取）到电解质中，并且来自电解质的这些锂离子嵌入阴极材料中。 离子从阳极到阴极的这种运动伴随着在外电路中流动的电子的释放。 相反的过程发生在充电过程中，其中锂离子从阴极移动并通过电解质嵌入阳极。 商业LIB通常使用过渡金属氧化物如LiCoO 2 、LiMn 2 O 4和LiFePO 4作为阴极材料，其涂覆在铝集流体上。

10% 到 20% 的导电碳和%–10% % 的聚合物粘合剂，如聚偏二氟乙烯 (PVDF) 和聚四氟乙烯 (PTFE) 还与活性材料一起添加，以分别增强电子导电性和实现更好的电极材料粘附。 如果需要，将阳极材料涂覆在带有导电碳和 PVDF 的铜集电器上。

两个电极由浸泡在电解质溶液（有机溶剂中的 LiPF6）中的多孔隔膜（厚度为 10-20 µm 的聚乙烯或聚丙烯薄膜）隔开。 隔膜和电解液都应具有较好的离子电导率。 电池通常以果冻卷方式制造在金属外壳中，两个电极之间有浸有电解质的隔板。 图中显示了 LIB 的示意图，其中显示了典型的充电和放电过程。

锂离子 (Li-ion) 可充电电池在放电和充电时采用锂离子 (Li + )（客体）可逆地嵌入/脱嵌到称为锂嵌入化合物的主体基质（正极和负极活性材料）中或从中脱出过程发生。 锂离子电池被称为摇椅电池，因为锂离子在电池充电和放电时会在正极和负极之间来回“摇摆”。

正极活性材料通常是具有层状结构的金属氧化物，例如钴酸锂（LiCoO 2 ），或具有隧道结构的材料，例如锰酸锂（LiMn 2 O 4 ） ，主要位于铝集流体上. 负极活性材料通常是石墨碳，也是层状材料，主要位于铜集电器上。 在充放电过程中，锂离子从活性材料的原子层之间的间隙空间嵌入或脱出。

锂电池中使用非水电解质或有机电解质。

锂离子电池隔膜为聚烯烃微孔薄膜聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。

图 10。 锂离子电池的放电机制（PG Balakrishnan 图）