1.2 锂离子电池结构及工作原理

锂离子电池体系主要有四个部分组成，分别是脱嵌锂电位较高的正极材料、脱嵌锂电位较低的负极材料、具有微孔结构的高分子多孔隔膜以及电解质锂盐溶于有机溶剂制成的电解液。目前，较为成熟的正极材料主要有层状结构的LiCoO₂，橄榄石结构的LiFePO₄（磷酸铁锂），三元层状结构的LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂（M=Mn、Al）富镍三元料（镍钴锰系列、镍钴铝系列）以及尖晶石结构的LiMn₂O₄（锰酸锂）等。其他诸如LiMnO₂（层状锰酸锂）、LiNiO₂（镍酸锂）、xLi₂MnO₃·（1-x）LiMnO₂（富锂锰基正极）以及Li₂FeSiO₄（硅酸铁锂）等新型正极材料多因制备技术不成熟、循环性能不稳定、热力学稳定性差等缺点难以实现规模化产业应用。对于负极材料，现阶段关注较多的主要有石墨等碳基材料、尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）以及Sn基合金等。隔膜因具有微孔结构能允许Li+自由通过，同时可将正极材料和负极材料分开，以避免引起电池短路。电解液作为Li+传输的媒介通常为非水性有机溶液。当进行充放电循环时，Li+就会在正极材料和负极材料之间来回运动。从本质上说，锂离子电池是一种锂离子浓差电池。在进行充电的过程中，Li+从脱嵌锂电位较高的正极材料晶格中脱出，经过传输介质电解液运动到负极位置。作为结果，正极材料和负极材料分别处于贫锂和富锂状态，产生了一定程度的Li+浓度差。当进行放电时，Li+又会从脱嵌锂电位较低的负极材料晶格中脱出，进而嵌入脱嵌锂电位较高的正极材料晶格中，并通过外电路转移一定量的电子。

综上所述，锂离子电池的充放电过程具有较好的可逆性。借助于传输介质电解液，Li+在正极材料和负极材料之间反复的嵌入和脱出能够实现锂离子电池的可逆充放电，这有利于促进该电池体系的实际应用。