人類社會的進步離不開社會上各行各業(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)計者的努力，其實很多人并不會去了解電子產(chǎn)品的組成，比如鋰離子電池充放電。

手機、電動車、電動工具、數(shù)碼相機、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)品和場景也越來越多。數(shù)據(jù)顯示，2018年我國鋰電池行業(yè)市場規(guī)模已達到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，人們對鋰電池的需求仍會不斷增長，預(yù)計到2024年，我國鋰電池行業(yè)市場規(guī)模將超過1500億元。

從微觀世界(原子級)來觀察電池正負(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)對正負(fù)極施加電場時，鋰離 子只需要較低的能量就能發(fā)生遷移，進行嵌入。

當(dāng)鋰離子電池充電時，電池的南極和北極的電勢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，與陽極化合物重新結(jié)合。鋰離子的運動引起電流。雖然原理簡單，但在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，要考慮的實際問題要多得多:正極要添加劑來維持充電的活性，而負(fù)極要在分子結(jié)構(gòu)層面進行編程來容納更多的鋰離子;填補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，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， 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)極各自的電勢下，鋁和銅是不會被 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，熱失控現(xiàn)象頻發(fā);制造工藝達不到高質(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;市場秩序混亂，企業(yè)無序競爭嚴(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)和有機溶劑配置的溶液作為電解液，利用有機膜，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)保無污染的綠色電池，但鋰離子電池的回收不當(dāng)同樣會產(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、電解液等對環(huán)境和人體的影響仍然較大。

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