锂离子电池的充放电过程本质上是锂离子（Li⁺）在正负极之间定向移动并通过外电路传递电子的过程。以下是详细说明：

一、充电过程（外部电能 → 化学能储存）

1. 正极反应（脱锂）

   • 外部电源施加电压（如4.2V），正极材料（如钴酸锂 LiCoO₂）中的锂离子脱离晶格，释放电子：
     LiCoO₂ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻
   • 电子通过外电路流向负极，锂离子则通过电解液迁移。

2. 负极反应（嵌锂）

   • 锂离子穿过电解液和隔膜到达负极（如石墨），嵌入石墨层状结构中：
     xLi⁺ + xe⁻ + C₆ → LiₓC₆
   • 此时电池储存能量，正极处于贫锂态，负极处于富锂态。

二、放电过程（化学能 → 电能释放）

1. 负极反应（脱锂）

   • 连接负载后，负极石墨中的锂离子脱出，释放电子：
     LiₓC₆ → C₆ + xLi⁺ + xe⁻
   • 电子经外电路驱动负载（如手机）做功。

2. 正极反应（嵌锂）

   • 锂离子通过电解液回到正极晶格，与电子结合：
     Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ → LiCoO₂
   • 能量释放，电池回到初始状态。

关键组件的作用

• 电解液：液态/固态介质，允许Li⁺在正负极间传导，但阻隔电子（防止短路）。
• 隔膜：多孔绝缘材料，分隔正负极避免接触，仅允许离子通过。
• 集流体（铝箔/铜箔）：收集和传导电子。

形象比喻：摇摆椅机制

锂离子像“乘客”，充电时从正极（起点）移动到负极（终点），放电时返回。电子则走“外部路线”（电路），形成电流。

注意事项

1. 过充/过放防护

   • 过充：电压＞4.2V可能引发正极结构崩塌、产气（爆炸风险）。
   • 过放：电压＜2.5V会导致负极石墨层破坏，电池永久损坏。
   • 解决方案：BMS（电池管理系统）实时监控电压/温度，控制充放电边界。

2. 热管理
   快充时电流过大可能引发局部过热，需散热设计。

3. 寿命衰减
   反复充放电导致电极材料微裂纹、SEI膜增厚（消耗活性锂），容量逐渐下降。

示例：手机电池工作流程

• 充电：插充电器 → Li⁺从钴酸锂正极迁移至石墨负极（电子经充电器输入）。
• 放电：使用手机 → Li⁺从石墨返回钴酸锂（电子经手机电路供电）。

掌握这一机制有助于理解电池安全使用及新能源技术（如电动车、储能电站）的核心原理。