一、前语
这儿所说的锂离子电池特指可重复充电的二次锂离子电池，而不是用完就扔的一次电池。
锂离子电池散布在咱们日子的每一个旮旯，其运用领域包含手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、移动电源（充电宝）、应急电源、剃须刀、电动自行车、电动汽车、电动公交车、旅行观光车、无人机，以及其他各类电动工具。作为电能的载体和许多设备的动力来历，能够说，离开了锂离子电池，当今的物质国际就玩不转了（除非咱们想倒退回几十年前）。那么，锂离子电池究竟是什么鬼？
本文不科普电池的根本原理和开展前史，有爱好的请百度查询，这儿头有许多故事。物理学和化学领域的根底理论，被爱因斯坦之前的那一波人根本上搞得七七八八了，电池跟这两个领域直接相关，与电池有关的理论，在二战之前就现已研讨的差不多了，二战今后并无大的立异。作为电池技能的一种，锂离子电池的相关理论研讨，近年来也没有什么突破性开展，大多数研讨都会集在资料、配方、工艺等方面，也便是怎么进步产业化的程度，研讨出功用更优异的锂离子电池（存储能量更多，用的更久）。
许多人在运用锂离子电池，许多人在研讨锂离子电池的产品运用（如上面说到的产品），可是大多数人对锂离子电池知之甚少，或许总是水中望月，茫无头绪。写本文的意图，不是为了给做锂离子电池研制的人看的，而是给那些在产品里边用到锂离子电池的工程技能人员或许锂离子电池的运用者看的。所以本文力求浅显易懂，尽量不运用专业化的术语和公式，期望在轻松阅览之余，能够提高咱们对锂离子电池的知道，起到答疑解惑的效果。
作者自己不是锂离子电池领域的专家，没有从事过锂离子电池单体的技能或产品研制，但曾长时间从事锂离子电池的运用技能研讨，因而期望站在“用户”的视点，来论说我对锂离子电池的知道。普通用户，一般把锂离子电池直接叫作锂电池，尽管两者并不彻底同等，但锂离子电池确实是当时锂电池的肯定主体。
文中大部分的内容，都不是自己的原创，而是现已存在的常识，站在伟人的膀子上，咱们要做的仅仅是站直身体，抬起头，国际就在咱们眼前。
二、锂离子电池的根本原理
1.怎么挑选能量的载体
首要咱们会问，为什么挑选锂元素作为能量载体？
好吧，尽管咱们不想去回忆化学的常识，可是这个问题必须得去元素周期表找答案，好在，咱们总还记得元素周期表吧？！真实不记得，咱们就花一分钟来看看下面的表吧。
要想成为好的能量载体，就要以尽可能小的体积和分量，存储和搬运更多的能量。因而，需求满意下面几个根本条件：
1）原子相对质量要小
2）得失电子才干要强
3）电子搬运份额要高
依据这3项根本准则，元素周期表上面的元素比下面的元素要好，左面的元素比右边的元素要好。开始挑选，咱们只能在元素周期表的榜首周期和第二周期里边去找资料：氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖。扫除惰性气体和氧化剂，只剩下氢、锂、铍、硼、碳，这5个元素。
氢元素是天然界最好的能量载体，所以氢燃料电池的研讨一向方兴未已，代表了电池领域一个十分有出路的方向。当然，假如核裂变技能在未来几十年能够获得重大突破，能够做到小型化乃至微型化，那么便携式的核燃料电池将会有宽广的开展空间。
接下来便是锂了，挑选锂元从来做电池，是依据地球当时的一切元素中，咱们能够找到的相对优解（铍的储量太少了，是稀有金属中的稀有金属）。氢燃料电池与锂离子电池的技能道路之争，在电动汽车领域打的如火如荼，大约便是由于这两种元素，是咱们现在能够找到的比较好的能量载体。当然，这儿面还牵涉到许多的商业利益，乃至政治博弈，这些不是本文要评论的领域。
趁便说一下，天然界中现已存在的，并为人类广泛运用的动力，比方石油、天然气、煤炭等，其首要成分也是碳、氢、氧等元素（在元素周期表的榜首周期和第二周期）。所以不管是天然的挑选，仍是人类的“规划”，终究都是异曲同工的。
2.锂离子电池的作业原理
下面讲讲锂离子电池的作业机理。这儿不论说氧化复原反响，化学根底欠好的，或许现已把化学常识还给教师的人，看到这些专业的东西就会头晕，所以咱们仍是搞点直白的描绘。这儿借用一张图，这张图比较简略让人了解锂离子电池的原理。
咱们依照运用的习气，依据充放电时的电压差区别正极（+）和负极（-），这儿不讲阳极和阴极，费时吃力。这张图上，电池的正极资料是钴酸锂（LiCoO2），负极资料是石墨（C）。
充电的时分，在外加电场的影响下，正极资料LiCoO2分子里边的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子（Li+），在电场力的效果下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发作化学反响，生成LiC6，所以从正极跑出来的锂离子就很“安稳”的嵌入到负极的石墨层状结构傍边。从正极跑出来搬运到负极的锂离子越多，这个电池能够存储的能量就越多。
放电的时分刚好相反，内部电场转向，锂离子（Li+）从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，从头变成钴酸锂分子（LiCoO2）。从负极跑出来搬运到正极的锂离子越多，这个电池能够开释的能量就越多。
在每一次充放电循环进程中，锂离子（Li+）充任了电能的搬运载体，循环往复的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极资料发作化学反响，将化学能和电能彼此转化，完结了电荷的搬运，这便是“锂离子电池”的根本原理。由于电解质、阻隔阂等都是电子的绝缘体，所以这个循环进程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参加电极的化学反响。
3.锂离子电池的根本构成
要完结上述的功用，锂离子电池内部需求包含几种根本资料：正极活性物质、负极活性物质、阻隔阂、电解质。下面做简略论说，这些资料都是干嘛的。
正负极不难了解，要完结电荷移动，就需求存在电位差的正负极资料，那么什么是活性物质？咱们知道，电池实际上是将电能和化学能彼此转化，以完结能量的存储和开释。要完结这个进程，就需求正负极的资料很“简略”参加化学反响，要生动，要简略氧化和复原，然后完结能量转化，所以咱们需求“活性物质”来做电池的正负极。
上面现已说到，锂元素是咱们做电池的优选资料，那么为什么不必金属锂来做电极的活性物质呢？这样不是能够到达最大的能量密度吗？
咱们再看上面这张图，氧（O）、钴（Co）、锂（Li）三种元素构成了十分安稳的正极资料结构（图中的份额和摆放仅作参阅），负极石墨的碳原子摆放也具有十分安稳的层状结构。正负极资料不光要生动，还要具有十分安稳的结构，才干完结有序的，可控的化学反响。不安稳的成果是什么？想想汽油焚烧和炸弹爆破，能量剧烈开释，这个化学反响的进程实际上是无法人为去准确操控的，所以化学能变成了热能，一次性把能量开释结束，并且不可逆。
金属形状存在的锂元素太“生动”了，狡猾的孩子八成都不听话，喜爱搞破坏。前期针对锂电池的研讨，确实是会集以金属锂或其合金作为负极这个方向，可是由于安全问题杰出，不得不寻觅其他更好的途径。近年来，跟着人们对能量密度的寻求，这个研讨方向又有“满血复生”的趋势，这个咱们后边会讲到。
为了完结能量存储和开释进程中的化学安稳性，即电池充放电循环的安全性和长寿命，咱们需求一种电极资料，在需求生动的时分生动，在需求安稳的时分安稳。通过长时间的研讨和探究，人们找到了几种锂的金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等资料，作为电池正极或负极的活性物质，处理了上述问题。如上图所示，磷酸铁锂的橄榄石结构也是一种十分安稳的正极资料结构，充放电进程中锂离子的脱嵌，并不会形成晶格崩塌。题外话，锂金属电池确实是有的，但与锂离子电池比较，简直能够忽略不计，技能的开展，终究仍是要服务于商场。
当然，在处理了安稳性问题的一起，也带来了严峻的“副效果”，便是作为能量载体的锂元素占比大大下降，能量密度降了不止一个数量级，有得必有失，天然之道啊。
负极一般挑选石墨或其他碳资料做活性物质，也是遵从上述的准则，既要求是好的能量载体，又要相对安稳，还要有相对丰厚的储量，便于大规模制造，找来找去，碳元素便是一个相对优解。当然，这并不是仅有解，针对负极资料的研讨很广泛，后边有论说。
电解质是干嘛的？浅显的讲，便是游水池里边的“水”，让锂离子能够自在的游来游去，所以呢，离子电导率要高（游水的阻力小），电子电导率要小（绝缘），化学安稳性要好（安稳名列前茅啊），热安稳性要好（都是为了安全），电位窗口要宽。依据这些准则，通过长时间的工程探究，人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的增加剂等质料，在必定条件下、按必定份额制造而成的电解质。有机溶剂有PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC（碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等资料。电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等资料。
阻隔阂则是为了阻挠正负极资料直接触摸而加进来的，咱们期望把电池做的尽可能的小，存储的能量尽可能的多，所以正负极之间的间隔越来越小，短路成为一个巨大的危险。为了避免正负极资料短路，形成能量的剧烈开释，就需求用一种资料将正负极“阻隔”开来，这便是阻隔阂的由来。阻隔阂需求具有杰出的离子通过性，首要是给锂离子敞开通道，让其能够自在通过，一起又是电子的绝缘体，以完结正负极之间的绝缘。现在商场上的隔阂首要有单层PP，单层PE，双层PP/PE，三层PP/PE/PP复合膜等。
4.锂离子电池的完好资料构成
除了上面说到的4种首要资料之外，要想把锂离子电池从实验室的一个“实验品”变成一个能够商业化运用的产品，还需求其他一些不可或缺的资料。
咱们先看电池的正极，除了活性物质之外，还有导电剂和粘结剂，以及用作电流载体的基体和集流体（正极一般是铝箔）。粘结剂要把作为活性物质的锂金属氧化物均匀的“固定”在正极基带上面，导电剂则要增强活性物质与基体的电导率，以到达更大的充放电电流，集流体担任充任电池内外部的电荷搬运桥梁。
负极的结构与正极根本相同，需求粘结剂来固定活性物质石墨，需求铜箔作为基体和集流体来充任电流的导体，但由于石墨自身杰出的导电性，所以负极一般不增加导电剂资料。
除了以上资料外，一个完好的锂离子电池还包含绝缘片、盖板、泄压阀、壳体（铝，钢，复合膜等），以及其他一些辅助资料。
5.锂离子电池的制造工艺
锂离子电池的制造工艺比较复杂，此处仅就部分要害工序做简略描绘。依据极片安装方法的不同，一般有卷绕和叠片两种工艺道路。
叠片工艺是将正极、负极切成小片与阻隔阂叠组成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺，其大体工艺流程如下：
卷绕工艺是将正负极片、阻隔阂、正负极耳、维护胶带、停止胶带等物料固定在设备上，设备通过放卷完结电芯制造。
锂离子电池的常见外形首要有圆柱形和方形，依据壳体资料不同，又有金属外壳和软包外壳等。
