2.1.2 锂电池的工作原理及结构

（1）工作原理

目前最常见的锂电池的正极为氧化钴锂，负极为石墨晶体。这种电池的基本工作原理为：石墨晶体和氧化钴锂都具有层状结构，它的LiCoO2层状结构示意图如图2-1所示。这种层状结构化合物只允许锂离子进出，而其材料结构并不会发生不可逆变化。

我们可以利用上述电池来简单说明锂电池的基本工作原理：充电的时候，正极的锂原子电离成电子和锂离子；此时得到能量的锂离子，就会在电解液中由正极向负极方向迁移；然后电子和锂离子在负极上又复合成锂原子；最后，重新形成的锂原子插入到负极石墨的层状结构中。这一过程中充电完成。

图2-1  LiCoO2层状结构示意图

放电的时候，与充电过程相反：插入到石墨晶体中的锂原子从石墨的内部向负极表面迁移，并且在负极表面上电离形成电子和锂离子；该电子和锂离子分别通过电解液和负载向正极方向流动；然后在正极又重新复合成锂原子，最后插入到正极的氧化钴锂的层状结构中。该过程中放电完成。

从上述过程能够看出，锂不会以金属单质形态出现，而是以离子的形态出现，所以，我们把这样的电池称为锂离子电池。

LiCoO2虽然有稳定的层状结构，但如果电压过高的话，就会使LiCoO2层状结构变得很不稳定，这样可能使晶型坍塌，导致电池报废。而当其失去锂离子后，它的结构就能使正极晶型比较稳定，这样电池就能继续使用。第一次充电后，正极中的锂离子被冲到了负极层中。而当放电时，负极层中的锂，又会回到正极中。但不同之处在于化成之后，负极层中的锂不能全被拿出，必须有一部分锂留在负极中，这样才能保证锂下次可以正常迁入，否则电池的使用寿命将会被缩短。为了保证能有一部分锂被留在负极层中，那就必须限制放电电压不能低于2.5V。源:自~优尔-·论`文'网·www.youerw.com/

（2）基本结构

圆柱型的锂电池的基本结构如图2-2所示：

 圆柱型锂电池的构造图

如上图所示，使用锂碳化合物在铜板上形成阳极，使用复合金属氧化物在铝板上形成阴极，在两极板间插入一聚烯氢薄膜状的隔板。为保证锂离子能够通过该隔板，所以隔板上会有亚微米级的微孔，且电解液为有机溶剂，同时阳极和阴极极板会卷成螺旋状插在圆筒形的容器中。另外通过在电池中装有检测电池温度的正温度系数热敏电阻（PTC）来确保锂电池可以安全工作以及通过在电池顶盘上留有安全放气孔来防止电池内压力过高这种现象的产生。

2.1.3 锂电池充电器的充电特性

（1）锂电池的相关特性参数

1、一般情况，锂电池的充电温度为0℃～45℃ 。

2、一般情况，锂电池的放电温度为-20℃～65℃ 。

3、循环寿命的数据：达到10%放电深度时，则大于1000次；达到100%放电深度时，则大于200次。

4、锂电池存储特性：在充满电状态下的锂电池于20℃下保存28天的容量保存率平均为96%，恢复率是99%以上。

锂离子电池非常容易老化，其老化速度受到很多因素的影响，比如环境的温度以及它的充电状态。锂电池的自然老化现象会直接导致它的平均使用寿命仅为2～3年。同时一般锂电池在经历300～500个充放电周期后也会由于容量的退化而失效。因此，为了确保能够延长锂电池使用寿命、减缓其老化速度，就需将锂电池存放于低温环境下并对其进行部分充电。文献综述