阳极
阳极是电池的负极,由多孔碳基材料制成,通常是石墨。阳极是锂离子能量之旅的起点,同时也是电池的储存仓库——电池充电时储存锂离子。
放电过程中,锂离子从阳极移动到阴极。离子运动在阳极产生自由电子,而这些电子则产生电荷。相反,给电池充电时,锂离子从阴极迁移到阳极进行储存。阳极能有效地储存能量,并在需要时释放能量,为设备提供电力。因此,阳极在电池中至关重要。
阴极
阴极是电池中带正电的一端,决定了电池的容量和电压,且是化学反应中锂离子的来源,产生电能。电池容量由阴极材料决定。阴极通常由金属氧化物制成,如氧化钴锂、氧化锰锂或磷酸铁锂。阴极中锂含量越高,电池电压就越高。
在电池使用过程中,锂离子从阳极移动到阴极。当阴极充满锂离子时,反应停止,电池电量耗尽。然后,我们再次给锂离子电池充电,外加电荷将锂离子从阴极推回到阳极。
阴极材料产生的标准电位要比阳极材料更高(正),以吸引电子。电极之间的标准电位差类似于电子在两电极间移动的驱动力。称为电池总体电化学电位,决定了电池电压。差值越大,电化学电位就越高,电压也就越高。
电解质
电解质可以是液体、凝胶或固体物质,作为锂离子在阳极和阴极之间流动的介质,使电池能够充放电。放电过程中,锂离子穿过电解质从阳极移动到阴极,产生电流。
电解质使得锂离子能有效移动,同时阻止电子在阴极和阳极之间直接流动。这种选择性导电性保证电子沿外部电路流动,进而产生电流,为电子设备供电。其合适组成和特性对于确保电池效率、安全性和使用寿命至关重要,因此成为锂离子电池设计和功能中的关键部件。
隔膜
隔膜薄且多孔,用来隔离阳极和阴极,防止两者相互接触。如果阳极与阴极发生接触,电池可能会发生短路,进而引发火灾或爆炸。
隔膜允许锂离子通过,同时阻止电子流动,从而保证阳极和阴极相互隔离。常用的隔膜材料包括聚乙烯、聚丙烯和陶瓷。隔膜为多孔结构,电解质能够顺畅流动,这对保持电池性能至关重要。
隔膜选择与设计需要十分谨慎,以确保其具备适当厚度、孔隙度和化学稳定性等关键特性。此外,隔膜还需具备足够的耐高温和抗压力性能,以应对电池使用过程中可能产生的极端条件。
集电器
集电器的作用是保证电子在电极与外部电路之间的流动畅通无阻。其在很大程度上决定了锂离子电池的容量、放电速率和长期稳定性,是电池整体性能的核心因素。集电器中常用的金属包括铝(用于阴极)和铜(用于阳极)。之所以选择这些材料,是因为其具备优良的导电性、耐用性,并与电池内部的电化学反应相兼容。
容器(外壳)
锂离子电池外壳,通常称为电池壳体或外罩,是用于保护锂离子电池内部部件的外部结构。其主要功能是通过对挥发材料进行封闭和绝缘,确保电池及其周围环境的安全。电池外壳通常采用耐用且耐高温的材料制成,以应对电池内部的工作环境,并抵御外部潜在冲击。常用材料有塑料、金属(如铝或钢)以及复合材料。依据具体应用需求、耐用性以及安全性等因素选择材料。