锂离子电池的结构能够简化为如图一所示结构。从结构上看,锂离子电池主要由正极资料、负极资料、电解液、隔阂、正极集流体(依据网络资料:正极附着活性物质的基体金属,如图二中的铝箔)、负极集流体(依据网络资料:负极附着活性物质的基体金属,如图二中的铜箔)六部分组成。
正极资料一般都会选用富锂化合物,如钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)、NCM三元资料(个人了解镍钴锰合金,N代表镍(Ni),C代表钴(Co)、M代表锰(Mn))、锰酸锂(LiMn2O4)等。负极资料一般都会选用石墨。电解液一般都会选用溶解了锂盐的碳酸酯类有机溶剂。隔阂是高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
课程中,以钴酸锂为正极,石墨为负极的锂离子电池为例,解说锂离子充放电进程中锂离子和电子的运动进程。
充电时,锂离子从正极脱出,通过电解液传输,穿过隔阂嵌入到负极(图二赤色球体从右侧向左边移动)。此刻,负极处于富锂状况,正极处于贫锂状况。低矮电子的补偿电荷通过外电路供应到石墨负极(图二蓝色球体通过导线从右侧向左边移动),保证电荷平衡。
钴酸锂脱去锂离子(Li+)和电子(e-),转变为脱锂态的钴酸锂(Li1-xCoO2)。
放电时,进程与充电时相反。锂离子从负极脱出,通过电解液传输,穿过隔阂嵌入到正极资猜中(图三赤色球体从左边向右侧移动)。此刻,正极处于富锂状况,负极处于贫锂状况。低矮,电子的补偿电荷通过外电路传导至正极(图三蓝色球体通过导线从左边向右侧移动),保证电荷平衡。
在锂离子充放电进程中,锂离子处于从“正极→负极→正极”的循环运动状况。假如将锂离子电池的形象比喻为一把摇椅,摇椅的两头为电池的正负南北极,锂离子可比喻为一名运动健将,在摇椅两头之间来回奔驰。因而,锂离子电池也被称为“摇椅电池”。
在抱负充放电情况下,锂离子在层状正极资料和石墨负极资料之间重复嵌入和脱出,一般只引起资料的层面距离照顾,不损坏资料的晶体结构。所以,就充放电反响的可逆性来说,锂离子电池充放电进程中的氧化复原反响是一种抱负的可逆反响。