锂离子电池如何工作:快速指南

锂离子电池作为一种功能强大、重量轻、环境友好的替代品,正在得到普及。

2021年4月15日,星期四

锂离子电池自20世纪90年代以来一直在商业上使用。锂离子电池最初是为了用于消费电子产品而开发的,作为铅酸电池和其他牵引电池的强大、轻质和环保的替代品,它们正在获得普及。

锂离子电池是如何工作的?

所有的电池都由两个电极(阳极和阴极)、防止电极相互接触和短路的隔膜以及填充电池剩余空间的电解质组成。在传统的铅酸电池中,电极都是由铅制成,电解质是水和硫酸的混合物。铅和硫酸之间的化学反应产生自由电子,作为电力流出电池。

在锂离子电池中,电极是用锂化合物制成的:锂金属氧化物为阴极,锂碳化合物为阳极。电解液是一种导电介质,通常是凝胶聚合物或含有锂盐或有机溶剂的液体。当发电时,电解质使锂离子在一个被称为插层的过程中从阳极移动到阴极。这产生了自由电子,这些电子从阳极离开电池,以电力形式在电路中移动,并返回阴极。充电过程中则发生相反的情况。分离器支持插层,因为它只允许锂离子通过它。它防止电子和电极颗粒穿过电池。

使用锂离子电池的好处和风险

一般来说,锂离子电池比铅酸电池更轻,可以更快地充电。由于它们比传统电池具有更高的能量密度,因此有可能在保持相同存储容量的情况下制造更小的电池。锂离子电池的一个关键好处是,由于发生的化学反应是可逆的,所以电极不会随着时间的推移而退化。因此,这种电池可以比其铅酸电池的同类产品多充许多次。它们也更环保,因为它们不包含任何具有高环境负荷的物质(如铅或硫酸)。

另一方面,锂是一种高活性物质,有机电解质具有高挥发性,而且阳极经常表现出高热不稳定性。因此,如果锂离子电池被刺破或充电不当,就会造成火灾风险。特别是,它们可能会出现一种被称为热失控的危险过程。