锂离子电池的原理与构成（锂离子电池是如何工作的）

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我们都知道锂离子电池每天为人们的生活供电。从笔记本电脑和手机到混合动力车和电动汽车，这项技术因其重量轻、能量密度高、充电能力强而越来越受欢迎。那么你有没有注意它是如何工作的呢？

锂离子电池已经成为我们移动文化的重要组成部分。它们为我们社会使用的大部分技术提供动力。我们今天就来“拆解”它，看看它到底是怎么工作的？

锂离子电池的部件是什么？

电池由几个相互连接的独立电池组成。每个电池包含三个主要部分：正极（阴极）、负极（阳极）和液体电解质。

就像用于钟表和电视遥控器的碱性干电池一样，锂离子电池通过离子的运动提供能量。然而锂的元素形态非常活泼，这就是锂离子电池不使用元素锂的原因。相反，锂离子电池通常含有锂金属的氧化物，如锂钴氧化物（LiCoO2），提供了锂离子。锂金属氧化物用于阴极，锂碳化合物用于阳极。使用这些材料是因为它们允许插层。插层的意思是分子能够插入一些东西。在这种情况下，电极能够让锂离子很容易地进出它们的结构。

那么锂离子电池的化学成分是什么？

锂离子电池内部发生氧化还原反应。

还原发生在阴极。在那里，钴氧化物与锂离子结合形成锂钴氧化物（LiCoO2）。

氧化发生在阳极上。在那里，石墨层间化合物LiC6形成石墨（C6）和锂离子。

下面是总反应（从左到右=放电，从右到左=充电）：

LiC6 CoO2⇄C6 LiCoO2

锂离子电池如何充电？

当手机中的锂离子电池为其供电时，带正电荷的锂离子（Li ）会从负极移动到正极。它们通过移动电解液直到到达正极。在那里，它们被沉积了。另一方面，电子从阳极移动到阴极。

当你给锂离子电池充电时，会发生完全相反的过程。锂离子从阴极移回阳极。电子从阳极移动到阴极。

锂离子电池充电时会发生什么

只要锂离子从一个电极长途跋涉到另一个电极，就会有恒定的电子流。这将提供能量来保持设备运行。由于这个循环可以重复数百次，这种电池是可充电的。

你知道吗？有时锂离子电池被人们称为“摇椅电池”，这是因为锂离子在电极之间来回摆动。

是什么让锂离子电池适合移动技术？

锂离子电池的充电密度是同类系统中最高的。这意味着它们可以给你一吨的能量而不会很重。

有两个原因。首先，锂是最正电的元素。电正性是测量一种元素如何容易地提供电子来产生正离子的方法。换句话说，它是衡量一种元素产生能量的难易程度。锂很容易失去电子。这意味着它可以很容易地产生大量的能量。

锂也是所有金属中最轻的。正如我上边说到的，插层材料被用作锂离子电池的电极，而不是实际的锂金属。这些电池的重量比其他使用铅或镍等金属的电池要轻得多。

使用锂离子电池有风险吗？

它们会很快磨损。一个典型的锂离子电池在需要更换之前可以使用2-3年。锂离子电池的生产和处理对环境也有很大的影响，所以这些电池的寿命越长越好。

锂是非常活泼的。当制造商生产锂离子电池时，他们必须采取一定的预防措施，以确保电池的安全使用。然而，你可能听说过一些电子产品，比如笔记本电脑或手机，因为电池而起火。出于安全考虑，锂离子电池包括一个分离器。这样可以防止电池的电极相互接触。但是如果这个分离器被撕裂或损坏，电极可能会碰到。就会导致大量的热量积聚。如果热量积聚产生火花，高度易燃的电解液就会着火。

一旦有火焰出现，他们可以迅速蔓延到其他地方。在你意识到这一点之前，你的笔记本电脑就像一池融化的塑料。热量的积聚也会导致你的笔记本电脑中的压力迅速上升并发出隆隆声！

不过，我们不必太担心。这些事件非常罕见。锂离子电池其实非常安全。而且，现在有很多研究正在改进这些电池的每一个部分。例如，研究人员创造了一种液体电解质，当它被击中时会变成固体。将有助于防止电池加热或着火，锂离子电池将可能更加安全，寿命更长，成本更低。

好了，本期的了解就到这了，我是痞子，如果你对我的科普感兴趣，可以关注我并且留言哦。

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作者：痞子，90后工科男，有过三次创业经历，目前从事高新科技。科普、分享个人精进干货，一起学一点~