鋰離子電池是如何工作的?鋰電池隔膜的功能

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-08-15 11:04  瀏覽量：次

　　鋰離子電池是如何工作的？鋰電池隔膜的功能。大家都已知道,鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰,負(fù)極是碳。鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的主要功能是隔離正負(fù)極并阻止電子穿過(guò)，同時(shí)能允許離子通過(guò)，從而完成在充放電過(guò)程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。

　　鋰離子電池是如何工作的？

　　鋰離子是采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，它是現(xiàn)代高性能電池的代表。目前，我們用的手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)等都是使用的鋰離子電池。鋰離子電池是一種可以充電的電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動(dòng)來(lái)工作。通常人們把鋰離子進(jìn)入正極材料的過(guò)程叫嵌入，離開(kāi)的過(guò)程叫脫嵌；鋰離子進(jìn)入負(fù)極材料的過(guò)程叫插入，離開(kāi)的過(guò)程叫脫插。鋰離子電池是由鋰電池發(fā)展而來(lái)。

　　很多人的誤區(qū)是鋰離子電池中有金屬鋰的存在，但其實(shí)只是鋰離子的化合物，這種在正極上使用的化合物能夠在充電時(shí)會(huì)分解出鋰離子，以碳素材料為負(fù)極的蓄電池。鋰離子嵌入和脫離正極化合物的過(guò)程就是蓄電池充電和放電的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程同時(shí)伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫離。

　　鋰電池是如何進(jìn)行充電放電工作的？

　　鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

　　充電過(guò)程中鋰離子無(wú)法插入；過(guò)度充電使過(guò)多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。

　　在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專(zhuān)家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。

　　鋰離子電池放電：放電的過(guò)程與充電的過(guò)程相反，負(fù)極的鋰離子脫離碳素材料的小孔，返回正極。回到正極的鋰離子的數(shù)量越多，電池的電量使用的就越多，剩余電量就越少。

　　鋰離子電池充電：充電的過(guò)程就是鋰離子生成和運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，電池正極的化合物產(chǎn)生大量的鋰離子，進(jìn)過(guò)電解液之后，鋰離子由正極運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而鋰離子電池的負(fù)極是由碳素材料構(gòu)成的，到達(dá)負(fù)極的鋰離子會(huì)嵌入在碳素材料的小孔中，碳素材料能夠容納的鋰離子越多，電池能夠容納的電量就越大，也就是常說(shuō)的容量（mAh）。

　　鋰離子電池隔膜的功能

　　隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著鋰電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及電池安全性能的好壞。隔膜越薄、孔隙率越高，電池的內(nèi)阻越小，高倍率放電性能就越好。在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。對(duì)于鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

　　隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它位于電池內(nèi)部正負(fù)極之間，保證鋰離子通過(guò)的同時(shí)，阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

　　近年來(lái)，鋰離子電池技術(shù)發(fā)展迅速，隔膜作為電池中的核心材料之一，決定著鋰離子電池的性能，因此隔膜材料及制備技術(shù)急需被深入研究。目前，商業(yè)化的鋰電池隔膜以聚烯烴隔膜為主，制備工藝正從干法向濕法過(guò)渡，但是近幾年已經(jīng)發(fā)展出了不同材料體系，不同制備工藝的隔膜。