組成材料

　　鋰離子電池主要由電極、電解液、隔離層和容器四個(gè)基本部分組成，見(jiàn)圖2.2。

　?。?）電極由它的極性又分為正極材料和負(fù)極材料。最常見(jiàn)的負(fù)極材料為石墨；正極材料種類(lèi)則比較多，如圖2.3所示，蔡少偉等人對(duì)正極材料的種類(lèi)和各自的特點(diǎn)做了全面的總結(jié)

　                                                                              　圖2.3正極材料

　?。?）電解液可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是酸、堿、鹽的水溶液；另一類(lèi)是有機(jī)電解質(zhì)溶液。電解液是正負(fù)電極傳遞鋰離子的載體，因此它決定了電池的容量、循環(huán)效率、倍率、高低溫放電、高溫貯存、壽命和安全性等性能[23,24]。有機(jī)電解液一般有以下物質(zhì)組成：溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和添加劑。常用的有機(jī)溶劑有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，不同的溶劑對(duì)電池的各項(xiàng)性能影響很大。如介電常數(shù)大的溶劑能降低鋰離子之間的引力，充分自由化鋰離子；溶劑閃點(diǎn)決定了鋰離子的最高工作溫度[25,26]。鋰離子鹽是提供鋰離子的物質(zhì)，它主要有無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽兩個(gè)系列。添加劑是能顯著改善鋰離子性能的一種物質(zhì)。如成膜添加劑能阻止溶劑對(duì)電極的破壞，提高電極的嵌鋰和脫鋰的容量和循環(huán)壽命。除此之外還有防過(guò)充添加劑、導(dǎo)電率添加劑、阻燃添加劑等。

　?。?）隔離層是一層有機(jī)物薄膜，膜中有豐富的曲折貫通的微孔。這種微孔可以阻止粒徑較大的電解液通過(guò)，但粒徑較小的鋰離子可以自由通過(guò)，形成電池內(nèi)部的通電回路。因此隔離層將正負(fù)電極分成兩個(gè)部分，可以防止電池內(nèi)部發(fā)生短路，起到了隔離作用[27-29]。

　?。?）容器為電池的包裝金屬外殼，它主要起到了保持電池的外形和保護(hù)內(nèi)部電芯的作用，一般電池的外殼與電芯的正負(fù)極相連。

　　工作原理

　　鋰離子電池的充放電過(guò)程就是Li+在正負(fù)極材料的嵌入和脫嵌并伴隨著能量的吸收和釋放的過(guò)程。給鋰離子電池充電：Li+從正極材料中脫嵌，經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極，吸收電子后嵌入負(fù)極材料中形成能量較高嵌入化合物。鋰離子電池放電：

　　Li+從負(fù)極材料中脫嵌并釋放電子，Li+經(jīng)電解液達(dá)到正極，吸收電子后嵌入正極材料形成較為穩(wěn)定的嵌入化合物。圖2.4為鋰離子嵌入石墨的示意圖。

　                                                                       　圖2.4鋰離子嵌入石墨示意圖

　　鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物，電子只能在正極和負(fù)極材料中運(yùn)動(dòng)。充放電過(guò)程需要鋰離子和電子共同作用，這就要求鋰離子電極材料具有良好的導(dǎo)電性和離子的擴(kuò)散能力，以保證在放電過(guò)程中電子通過(guò)電極極耳迅速傳導(dǎo)到外電路，鋰離子在負(fù)極材料脫嵌后迅速擴(kuò)散到電解液；電解液中的鋰離子被載體送達(dá)正極材料，與電子結(jié)合形成嵌入化合物。