鋰電池工作原理

鋰電池是一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極與負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。

1、充電過程

在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)，嵌入到負(fù)極晶格中。

電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。標(biāo)準(zhǔn)充電過程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時(shí)，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。

此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。這是一般的鋰電池充電的一個(gè)過程，如果鋰電池存在于智能設(shè)備中，它的充電模式將會(huì)受到智能設(shè)備軟件的控制。

2、放電過程

放電過程正好與充電過程相反，鋰離子在電場(chǎng)作用下返回正極，電子通過外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。電池放電，此時(shí)負(fù)極上的電子e從通過外部電路跑到正極上，正鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。

通過了解鋰電池的充放電過程，我們可以從微觀上理解，電池的容量其實(shí)就是電池所包含電荷的量。電流越大，放電速度越快，電池使用的時(shí)間就越短。

為什么電池在正常使用或者長(zhǎng)時(shí)間不使用會(huì)出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象呢?

在充放電的過程中出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象有兩種：

一.過充導(dǎo)致的鼓包

過度充電會(huì)導(dǎo)致正極材料里的鋰原子全部跑到負(fù)極材料里面，導(dǎo)致正極原本飽滿的柵格發(fā)生變形垮塌，這也是鋰電池電量下降的一個(gè)主要原因。

在這個(gè)過程中，負(fù)極的鋰離子越來越多，過度堆積使得鋰原子長(zhǎng)出樹樁結(jié)晶，使得電池發(fā)生鼓脹。

二.過放導(dǎo)致的鼓包

在液態(tài)鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。形成的鈍化層膜能有效地阻止電解液分子的通過，但Li+卻可以經(jīng)過該鈍化層自由地嵌入和脫出，具有固體電解質(zhì)的特征，因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質(zhì)界面膜”(solidelectrolyteinterface)，簡(jiǎn)稱SEI。

SEI膜對(duì)負(fù)極材料會(huì)產(chǎn)生保護(hù)作用，使材料結(jié)構(gòu)不容易崩塌，并且可以增加電極材料的循環(huán)壽命。SEI膜并非一成不變，在充放電過程中會(huì)有少許的變化，主要是部分有機(jī)物會(huì)發(fā)生可逆的變化。

電池過度放電后使得SEI膜發(fā)生可逆性破環(huán)，保護(hù)負(fù)極材料的SEI破壞后使得負(fù)極材料崩塌，從而形成鼓包現(xiàn)象。