锂离子电池的结构原理
假如见过锂离子电池电芯的话一定了解,它的外观跟我们常用的5号电池差不多,只是尺寸稍微大一点。我们从外部就能看到电池的正极和负极,以及整个电池的外壳。而电池内部的结构和工作原理又是怎么样的呢?
电池内部重要由正极、负极、电解液和隔膜4部分组成,这些材料被封装在一个圆柱形的钢瓶内。由于正极材料上有很多微型的孔洞,所以可以储存大量电子。在放电过程中,这些电子通过外电路,移动到正极材料上。当电池接通外部用电器之后,会形成从正极到用电器再到负极的回路。这就是电池的基本工作原理。
▲被封装好的电芯(圆柱形)
在传统的铅酸电池领域,电解液采用的是成本极低的稀硫酸。这也是为何我们有时在更换汽车电瓶时,一个新电瓶在首次使用的时候要往里面加注一次液体,这个液体就是电解液。由于稀硫酸的重要成分是水,水在酸性粒子的用途下会出现导电性,所以可以在电池内部行成电流回路。但由于水的导电性差,传统铅酸电池的电压只有不到2伏,而我们使用的锂离子电池,单个电芯的电压可以达到3-4伏,所以要用锂盐来替代传统的水基电解液。
隔膜的用途是用来阻断电子,让电子沿着外电路路径流动,但离子可以通过隔膜,这样既能行成回路,又不会让正负极短路。
■锂离子电池的充放电原理
锂离子电池之所以能够充放电,其本质是在充电时把电能转化为化学能,在放电时把化学能转换成电能的过程。简单说就是,充电时锂离子从正极材料通过电解质嵌入到负极材料中;放电时锂离子从负极材料经过电解质嵌入到正极材料中,而电子则通过外电路,形成电流。关于锂离子电池而言,正极材料的性能至关重要,它必须具备良好的导电性能、与电解质有良好的相容性以及出色的稳定性。