鋰電池的工作原理

電池技術哪家強?鋰電池當之無愧是霸王,鋰是金屬活性最強的金屬之一,最外層只有一個電子,爲了保持穩定,鋰很容易失去外層電子,從而成爲鋰離子,與其他金屬相比,它又小又輕,因此同樣大小的電池,鋰電池可以加入更多的元素,從而製造出能量密度更高的電池,但是需要注意的是,使用鋰金屬直接製造電池,會有很大的安全性問題,由於尖端效應。 鋰離子會選擇優先沉積在鋰金屬的曲線處進行沉積,會不斷生長出類似樹枝一樣的鋰質金,鋰質金在生長過程中可能還會斷掉,斷掉的鋰就不能再參與反應了,直接結果就是電池容量減少,如果鋰質金繼續生長,它就會穿透隔膜,接觸到陽極,直接導致短路,電池可能就會爆炸。 所以現代主流的鋰電池,其實說的是鋰離子電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來進行工作的,鋰離子電池的負極由石墨製成,正極是金屬氧化物,石墨和金屬氧化物是直接參與反應的活性物質,它們之間可以嵌入鋰離子,電池中間是一層隔膜,隔膜允許鋰離子通過,但是電子不能通過。 當充電時,需要將正極的電子移動到電是更高的負極,這個過程必須施加電壓才能完成,就像低處的水想要移動到高處,需要藉助水泵是一個道理,在電壓的作用下,正極的氧化物會失去電子,鋰離子會脫嵌,並移動到負極,負極在獲得電子的同時吸收鋰離子,所以負極的電子越積越多,並將其存儲爲隨時可用的化學能,從而完成充電過程。 當放電時,鋰失去電子,成爲鋰離子,鋰離子從負極脫離,並通過隔膜移動到正極,而電子會從低電式的正極移動到高電式的負極,跟充電不同,這個過程不需要施加額外的電壓,就像水從高處流下來一樣,所以電子會通過導線來到正極,正極上的金屬氧化物吸收電子和鋰離子,從而形成鋰金屬氧化物,在這個過程中,電子會移動,從而形成電流, 在真正的電池中,正極和負極其實非常薄,中間是一層隔膜,它們彼此粘在一起,從而形成汽車或者手機使用的鋰電池。