人類社會(huì)的進(jìn)步離不開社會(huì)上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設(shè)計(jì)者的努力，其實(shí)很多人并不會(huì)去了解電子產(chǎn)品的組成，比如鋰離子電池充放電。

手機(jī)、電動(dòng)車、電動(dòng)工具、數(shù)碼相機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等快速發(fā)展，需要使用鋰離子電池的產(chǎn)品和場(chǎng)景也越來(lái)越多。數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)鋰電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到820億元。由于鋰電池生產(chǎn)廠家在技術(shù)上的革新，性能和安全性的提升，人們對(duì)鋰電池的需求仍會(huì)不斷增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2024年，我國(guó)鋰電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將超過1500億元。

從微觀世界(原子級(jí))來(lái)觀察電池正負(fù)極的結(jié)構(gòu)， 各極活性物質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為層疊狀，這種結(jié)構(gòu)使鋰離 子的嵌入(脫嵌)變得容易。鋰離子在分子間作用力 的作用下為固定狀態(tài)。當(dāng)對(duì)正負(fù)極施加電場(chǎng)時(shí)，鋰離 子只需要較低的能量就能發(fā)生遷移，進(jìn)行嵌入。

當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，電池的南極和北極的電勢(shì)迫使正極的化合物釋放鋰離子并將其嵌入碳中，碳是一層負(fù)極分子。在放電過程中，鋰離子從層狀碳中分離出來(lái)，與陽(yáng)極化合物重新結(jié)合。鋰離子的運(yùn)動(dòng)引起電流。雖然原理簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，要考慮的實(shí)際問題要多得多:正極要添加劑來(lái)維持充電的活性，而負(fù)極要在分子結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行編程來(lái)容納更多的鋰離子;填補(bǔ)了電解液之間的正負(fù)極，除了穩(wěn)定性外，還要具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，降低了電池的內(nèi)阻。

在負(fù)極，碳層之間存在鋰離子，負(fù)極比正極的能 量高。外部存在負(fù)載時(shí)，負(fù)極的鋰離子釋放電子，向 能量低的正極遷移。從負(fù)極脫嵌的鋰離子，通過電解液和隔膜小孔向 正極遷移，嵌入層狀結(jié)構(gòu)的正極活性物質(zhì)中。同時(shí)， 電子被接收，鋰離子被固定而變得穩(wěn)定。如果過放電，鋰離子過多地聚集在正極，會(huì)使內(nèi) 阻增大，電池發(fā)熱，導(dǎo)致急劇劣化。從圖 1 中可見，負(fù)載電流(電池容量)幾乎是由 可移動(dòng)的鋰離子數(shù)量決定的。電子從集流體活性物質(zhì) 中穿過，到達(dá)外部端子。正極的集流體為鋁，負(fù)極的集流體為銅。這樣做 的理由是：在正負(fù)極各自的電勢(shì)下，鋁和銅是不會(huì)被 鋰離子摻雜(滲透)的金屬。

盡管鋰離子電池行業(yè)發(fā)展前景較好，制約鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸不容忽視。如在安全技術(shù)瓶頸方面，忽視安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熱失控現(xiàn)象頻發(fā);制造工藝達(dá)不到高質(zhì)量產(chǎn)品要求，電池組一致性問題需完善;成本居高不下，材料核心技術(shù)待突破;標(biāo)準(zhǔn)體系缺失，亟待加快制修訂工作;市場(chǎng)秩序混亂，企業(yè)無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重;安全監(jiān)管職責(zé)不到位，行業(yè)管理作用尚未得到有效發(fā)揮;綠色制造，智能制造剛剛起步，需要加快引導(dǎo)。

鋰離子電池是由正負(fù)極片、粘結(jié)劑、電解液和隔膜等組成。在工業(yè)上，廠家主要使用鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰三元材料和磷酸亞鐵鋰等作為鋰離子電池的正極材料，以天然石墨和人造石墨作為負(fù)極活性物質(zhì)。聚偏氟己稀(PVDF)是一種廣泛使用的正極粘結(jié)劑，粘度大，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理性能。工業(yè)生產(chǎn)的鋰離子電池主要采用電解質(zhì)六氟磷酸鋰(LiPF6)和有機(jī)溶劑配置的溶液作為電解液，利用有機(jī)膜，如多孔狀的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等聚合物作為電池的隔膜。鋰離子電池被普遍認(rèn)為是環(huán)保無(wú)污染的綠色電池，但鋰離子電池的回收不當(dāng)同樣會(huì)產(chǎn)生污染。鋰離子電池雖然不含汞、鎘、鉛等有毒重金屬，但電池的正負(fù)極材料、電解液等對(duì)環(huán)境和人體的影響仍然較大。

本文只能帶領(lǐng)大家對(duì)鋰離子電池充放電有了初步的了解，對(duì)大家入門會(huì)有一定的幫助，同時(shí)需要不斷總結(jié)，這樣才能提高專業(yè)技能，也歡迎大家來(lái)討論文章的一些知識(shí)點(diǎn)。