全面详解锂离子电池及材料

锂离子电池就是内部依靠锂离子，外部依靠电子在正负极之间移动来发挥作用的一种电池。锂离子电池的正极通常是由含锂的化合物（比如锂过渡金属氧化物）涂在金属铝箔上制作而成，而负极通常由石墨涂在金属铜箔上制成。锂离子电池的能量密度比较高，可循环使用。[1]
 

构成

锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液和外包装组成。

如果把锂离子电池比作一个生命体，正极和负极就是骨骼和肌肉，隔膜则是筋脉，电池的外包装就像是皮肤，电解液就是血液；电池管理系统（BMS）扮演者大脑的角色，确保锂离子电池这个生命的正常工作。充电过程可以想象成这个生命体在吃饭，放电则是在工作。

充放电过程

具体来说，当我们为电池充电时，锂离子离开正极，在电解液的海洋中游向负极，电子则由外电路通过导线流向负极；锂离子插入负极石墨材料的层片结构中，接收电子并和石墨原子生成「锂碳复合物」。当锂离子从正极全部移动到负极时，电池充电完成。

当我们使用电池时，电池处于放电状态，「锂碳复合物」被氧化并释放电子，负极的锂会变成锂离子在电解液里向正极移动，外电路的电子则产生电力，满足用电需求。

CCTC3060

 

 

 

来源：材料基

CCTC3060

锂电池的主要原材料及其在锂电池中所占的成本比重

锂离子电池在材料方面，主要组成部分为：正极材料、负极材料、电解液、隔离材料（隔膜）、铜铝箔、粘结剂、导电剂、外壳等辅助材料。

（1）正极材料，常用的有磷酸铁锂LFP、三元材料NCM、钴酸锂LCO等等，其中，钴酸锂LCO主要用于数码类锂电池，如手机锂电池，车用锂电池，则采用磷酸铁锂LFP、三元材料NCM。从克比能量密度来看，一般正极材料是负极材料的二分之一（1/2)~三分之一(1/3)左右，正极材料的重量要与负极重很多，同时，由于正极材料的价格，比负极材料贵很多，因而，正极材料成本占比要大；

（2）负极材料：石墨（天然石墨、人造石墨等）、硅基类材料、钛酸锂等

（3）电解液：被称之为锂电池的血液，主要起来传输离子的作用。由电解质（一般用六氟磷酸锂）及溶剂组成。

（4）隔膜：即隔离膜，顾名思义，就是隔离正、负极。并使电池内部的电子不能自由穿过，只允许电解质液中的离子自由通过。

（5）其他辅助材料：铜铝箔、粘结剂、导电剂、外壳等，这里先不细述，接下来会逐个展开介绍。

（6）成本比例关系：目前，锂离子电池的材料成本大概的比例关系，见下图。

编辑：黄飞