鋰離子電池的充放電過程

作用機理

鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

鋰電池內(nèi)部同樣有正極、負(fù)極

鋰電池內(nèi)部同樣有正極、負(fù)極，以及之間的隔膜和電解液，早期鋰電池的負(fù)極材料是單質(zhì)鋰，但十分活潑，遇水、氮、酸或氧化劑有起火和危險，尤其到了可充電的二次鋰電池時期，反復(fù)的充放電使得粉狀鋰單質(zhì)越積越多，充電過程中可能形成的鋰晶體結(jié)成枝狀，引起電池內(nèi)部短路，終導(dǎo)致起火或。放棄鋰元素不可能，因為它有著的密度和電負(fù)性，具有極高的比能量，是目前制作電池的上佳之選。

放棄使用鋰單質(zhì),核心部分采用更穩(wěn)定的鋰離子以及鋰嵌合物

要解決鋰的不穩(wěn)定性，今天我們使用的鋰電池中采用了的解決辦法——放棄使用鋰單質(zhì)，核心部分采用更穩(wěn)定的鋰離子以及鋰嵌合物。如今的鋰電池中，正極可以是不同類型的鋰化合物，負(fù)極主要是層狀結(jié)構(gòu)的石墨類物質(zhì)，用于嵌入帶正電的鋰離子。在充電時，正極部分的鋰離子離開含鋰化合物，終嵌入負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)里；在放電時，鋰離子離開負(fù)極，通并結(jié)合在正極的化合物中。正負(fù)極間的隔膜即可防止短路，而且在特殊情況下可以關(guān)閉離子通道，加上沒有鋰單質(zhì)的參與，充放電過程都變得安全多了。在以下的說明中，我們所指的鋰電池均為鋰離子電池（加粗）。