锂电池的构成
- 正极（阴极）：通常由锂金属氧化物制成，如锂钴氧化物（LiCoO2）、锂锰氧化物（LiMn2O4）、锂镍锰钴氧化物（NMC）等。
- 负极（阳极）：一般采用石墨材料，有时也使用硅基材料。
- 电解质：一种能够导电但不导热的介质，通常为液体，含有锂盐（如六氟磷酸锂 LiPF6）溶解在有机溶剂中。
- 隔膜：一种微孔聚合物薄膜，用于物理隔离正负极，同时允许锂离子通过。
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放电过程
在锂电池放电时，即当电池为外部负载供电时，会发生以下化学反应：
① 锂离子从负极脱嵌：
在负极（石墨），锂原子失去电子，形成锂离子（Li+）。化学方程式为
电子通过外部电路移动到正极，形成电流。
② 锂离子通过电解质和隔膜迁移：
锂离子（Li+）通过电解质和隔膜从负极迁移到正极。
③ 锂离子在正极嵌入
到达正极后，锂离子嵌入正极材料的晶格中，同时从外部电路来的电子也进入正极，维持电荷平衡。化学方程式为：
这个过程中，电子流过外部电路做功，产生电力。
充电过程
① 锂离子从正极脱嵌：
外部电源提供的电流使电子从正极流向负极。
在正极，锂离子从正极材料中脱嵌，形成锂离子（Li+）。化学方程式为：
② 锂离子通过电解质和隔膜迁移：
锂离子（Li+）通过电解质和隔膜从正极迁移到负极。
③ 锂离子在负极嵌入：
到达负极后，锂离子嵌入负极材料的晶格中，同时从外部电路来的电子也进入负极，恢复为锂原子。化学方程式为：
安全特性
锂电池设计有多重安全措施来防止过充、过放、短路和过热等潜在危险情况：
- 过充电保护：当电池电压达到预定的最大值时，保护电路会自动切断充电电流。
- 过放电保护：当电池电压降至最低安全水平以下时，保护电路会阻止进一步的放电。
- 温度监控：内置的温度传感器可以监测电池温度，如果温度过高，会触发保护机制。
- 短路保护：如果检测到短路，保护电路会迅速断开，避免危险。
优点
- 高能量密度：锂电池的能量密度较高，单位体积或重量可以储存更多的能量。
- 长循环寿命：锂电池的循环寿命较长，可以反复充放电数百次甚至数千次。
- 无记忆效应：锂电池没有记忆效应，不需要完全放电后再充电。
- 低自放电率：锂电池的自放电率较低，即使长时间不使用，电量也不会迅速耗尽。