锂离子电池主要由电极、电解液、隔离层和容器四个基本部分组成。
(1)电极由它的极性又分为正极材料和负极材料。最常见的负极材料为石墨;正极材料种类则比较多。
(2)电解液可以分为两类:一类是酸、碱、盐的水溶液;另一类是有机电解质溶液。电解液是正负电极传递锂离子的载体,因此它决定了电池的容量、循环效率、倍率、高低温放电、高温贮存、寿命和安全性等性能[23,24]。有机电解液一般有以下物质组成:溶剂、电解质锂盐和添加剂。常用的有机溶剂有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯,不同的溶剂对电池的各项性能影响很大。如介电常数大的溶剂能降低锂离子之间的引力,充分自由化锂离子;溶剂闪点决定了锂离子的最高工作温度[25,26]。
(3)隔离层是一层有机物薄膜,膜中有丰富的曲折贯通的微孔。这种微孔可以阻止粒径较大的电解液通过,但粒径较小的锂离子可以自由通过,形成电池内部的通电回路。因此隔离层将正负电极分成两个部分,可以防止电池内部发生短路,起到了隔离作用。
(4)容器为电池的包装金属外壳,它主要起到了保持电池的外形和保护内部电芯的作用,一般电池的外壳与电芯的正负极相连。
工作原理
锂离子电池的充放电过程就是Li+在正负极材料的嵌入和脱嵌并伴随着能量的吸收和释放的过程。给锂离子电池充电:Li+从正极材料中脱嵌,经电解液到达负极,吸收电子后嵌入负极材料中形成能量较高嵌入化合物。锂离子电池放电:
Li+从负极材料中脱嵌并释放电子,Li+经电解液达到正极,吸收电子后嵌入正极材料形成较为稳定的嵌入化合物。