鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌來(lái)工作。隨著新能源汽車等下游產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，鋰離子電池的生產(chǎn)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。今天咱們通過(guò)一個(gè)動(dòng)畫(huà)來(lái)簡(jiǎn)單的了解一些鋰離子電池工作原理。

充電過(guò)程

一個(gè)電源給電池充電，此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。

正極上發(fā)生的反應(yīng)為：

負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：

電池放電過(guò)程

放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過(guò)。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。

動(dòng)畫(huà)來(lái)描述一下這兩個(gè)過(guò)程：

充電開(kāi)始

充電前鋰離子嵌在正極材料的層狀結(jié)構(gòu)中

開(kāi)始充電后，正極材料失去電子，鋰離子從正極材料中脫嵌而出

鋰離子通過(guò)電解液和隔膜，到達(dá)負(fù)極石墨材料

鋰離子嵌入石墨層中，同時(shí)電子通過(guò)外電路到達(dá)負(fù)極，形成相對(duì)穩(wěn)定的嵌鋰石墨

繼續(xù)充電中，正極材料持續(xù)失去電子，鋰離子也持續(xù)脫嵌，直至充電完成

電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，鋰離子電池開(kāi)始放電

電子從負(fù)極材料離開(kāi)，通過(guò)外電路流向正極，失去電子的鋰離子也從石墨層間脫嵌而出↓

從負(fù)極脫嵌后的鋰離子再次通過(guò)電解液及隔膜回到正極材料，結(jié)合通過(guò)外部電路到達(dá)正極的電子，形成比較穩(wěn)定的嵌鋰正極材料↓

好了，以上就是充放電過(guò)程中鋰離子的微觀運(yùn)動(dòng)。