锂离子电池的结构和工作原理（图解）

锂离子电池的结构

锂离子电池大多是以正极材料作为命名的主要依据，例如：磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂 作为正极材料的锂离子电池；三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂 Li（NiCoMn ）O2  的锂 离子电池。锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜和外壳构成。其中正极材料、负极材料、电解质、隔膜被称为锂离子电池的四大核心组件。
（1）正极材料：

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，其性能和价格对锂离子 电池的影响较大。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）等。在锂离子电池中，正极材料占有较大比例（正、负极材料的质量比为3∶1~4∶1）。
（2）负极材料:

锂离子电池的负极材料是充电过程中，锂离子和电子的载体，起着能量存储与释放的作用。负极材料占电池成本的5%~ 15%，碳材料是目前锂离子电池应用最为广泛的负极材料。

（3）电解液:

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电解液是锂离子电池中用于传输锂离子的载体，通常由锂盐和有机溶剂组 成。电解液在锂离子电池正、负极之间起到传导锂离子的作用。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐以及相关的添加剂等材料，在一定条件下、按一定比例配制而成。
（4 ）隔膜:

隔膜位于电池的正、负极板之间，起到绝缘作用，是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的截面结构及内阻，直接影响电池容量、循环寿命以及安全性能等特性。隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开，防止两极接触而短路，此外还具有使电解质锂离子通过的功能。
由于锂离子电池正、负极使用的材料和制作工艺不同，其性能参数也存在一定的差异，性能参数对比见表 3-3。其中钴酸锂电池由于稳定性较差、价格较高等原因，很少用作动力蓄电池。

 锂离子电池性能参数对比

锂离子电池的工作原理

（1）放电过程  

虽然锂离子电池种类繁多，但其工作原理大致相同。锂离子电池放电时，电子和锂离子 Li+  同时运动，电子从负极经过外电路导体跑到正极， Li+ 从晶状体结构负极“脱 插”进入电解液里，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”嵌入正极晶体空隙，与外电路过 来的电子结合在一起。

放电过程

（2）充电过程  

充电时，晶状结构正极材料上的锂分成锂离子和电子，电子通过外部充电，电路跑到负极上， Li+ 从正极“脱嵌”进入电解液里，“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“嵌入” 晶状体结构负极，与电子结合在一起。由于Li+ 从正极“脱嵌”，经过电解质插入负极，因此负极处于富锂状态

充电过程