組成材料

　　鋰離子電池主要由電極、電解液、隔離層和容器四個基本部分組成，見圖2.2。

　　（1）電極由它的極性又分為正極材料和負極材料。最常見的負極材料為石墨；正極材料種類則比較多，如圖2.3所示，蔡少偉等人對正極材料的種類和各自的特點做了全面的總結

　                                                                              　圖2.3正極材料

　?。?）電解液可以分為兩類：一類是酸、堿、鹽的水溶液；另一類是有機電解質溶液。電解液是正負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]。有機電解液一般有以下物質組成：溶劑、電解質鋰鹽和添加劑。常用的有機溶劑有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯，不同的溶劑對電池的各項性能影響很大。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，它主要有無機鹽和有機鹽兩個系列。添加劑是能顯著改善鋰離子性能的一種物質。如成膜添加劑能阻止溶劑對電極的破壞，提高電極的嵌鋰和脫鋰的容量和循環(huán)壽命。除此之外還有防過充添加劑、導電率添加劑、阻燃添加劑等。

　?。?）隔離層是一層有機物薄膜，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，但粒徑較小的鋰離子可以自由通過，形成電池內部的通電回路。因此隔離層將正負電極分成兩個部分，可以防止電池內部發(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內部電芯的作用，一般電池的外殼與電芯的正負極相連。

　　工作原理

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

　　Li+從負極材料中脫嵌并釋放電子，Li+經(jīng)電解液達到正極，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極材料都是離子和電子的混合導體嵌入化合物，電子只能在正極和負極材料中運動。充放電過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電性和離子的擴散能力，以保證在放電過程中電子通過電極極耳迅速傳導到外電路，鋰離子在負極材料脫嵌后迅速擴散到電解液；電解液中的鋰離子被載體送達正極材料，與電子結合形成嵌入化合物。