介绍锂离子电池的工作原理

2021-04-06      1900 次浏览

锂离子电池的应用越来越广泛,手机电脑上用的大多都是锂离子电池。那么锂离子电池是如何工作的呢?


工作原理其实就是指的其充放电原理。电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入碳层的锂离子越多,充电容量越高。当对电池进行放电时,嵌在负极碳层中的离子脱出,又及运动回到正极,回到正极的锂离子越多,放电容量越高。


大家可以看出来,锂离子电池的工作原理就是锂离子在正负极来回游动,假如所选用的正负极合金,那么锂离子电池可以无限寿命的使用下去。但是现实中我们了解我们所用的手机电池寿命是越来越少的,刚买的手机可以一整天不充电,但是用几个月后,手机就不耐用了,这是什么原因造成的呢?重要是所使用的正负极在使用过程中发生了损坏造成的,而且这种损坏还是不可逆的,因此会导致其容量降低。所有的锂离子电池爆炸都是由短路引起的,引起短路的现象有过充、过放、过流、过热,它们是通过锂离子电池内部结构而形成电池短路的,所谓内因决定外因的意思,锂离子电池结构本身是一个工艺制造过程,而工艺制造过程是难以100%防止瑕疵存在的。


锂离子逗留的正负极应该洁净,穿梭其间的电解液、隔膜也应无杂质,但在制造过程中,电解液与隔膜难以完全防止沾着金属粉尘、铜箔或者铝箔等碎片。当人们使用不当(过充、过放、过流)或者把锂离子电池置于极端环境(过高温度)下,锂离子电池就会过热,碎片在常温下的安静状态被打破,从而会在一个较热的电解液空间中进行热运动。下一步,假如碎片接近了隔膜,热的碎片将影响隔膜的隔离用途,也就造成短路。


可见,短路是由于两个原因引起的:一是电池体内有杂质,二是杂质会运动,二者的中介是发热,因此,短路必然有发热伴随,而发热并不必然短路。第三步,短路会迸发火花,而电解液是易燃液体,火花在一个密闭的空间中就会引发电池的燃烧和爆炸,这一点很容易理解。因此,现在有一种聚合物锂离子电池以胶体电解质代替液体电解质,可以降低短路的概率。但也不能完全防止。


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