手把手带你认识锂离子电池（一）

  我们按照使用的习惯，根据充放电时的电压差区分正极(+)和负极(-)，这里不讲阳极和阴极，费时费力。这张图上，电池的正极材料是钴酸锂(LiCoO2)，负极材料是石墨(C)。

  充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2分子里面的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子(Li+)，在电场力的作用下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，这个电池可以存储的能量就越多。

  放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子(Li+)从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子(LiCoO2)。从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。

  在每一次充放电循环过程中，锂离子(Li+)充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是“锂离子电池”的基础原理。由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。

  要实现上述的功能，锂离子电池里面需要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。下面做简单论述，这些材料都是干嘛的。

  正负极不难理解，要实现电荷移动，就需要存在电位差的正负极材料，那么什么是活性物质?我们大家都知道，电池其实就是将电能和化学能相互转换，以实现能量的存储和释放。要实现这样的一个过程，就需要正负极的材料很“容易”参与化学反应，要活泼，要容易氧化和还原，以此来实现能量转换，所以我们应该“活性物质”来做电池的正负极。

  上面已经提到，锂元素是我们做电池的优选材料，那么为什么不用金属锂来做电极的活性物质呢?这样不是能够达到最大的单位体积内的包含的能量吗?

  我们再看上面这张图，氧(O)、钴(Co)、锂(Li)三种元素构成了很稳定的正极材料结构(图中的比例和排列仅作参考)，负极石墨的碳原子排列也有很稳定的层状结构。正负极材料不但要活泼，还要具有很稳定的结构，才能实现有序的，可控的化学反应。不稳定的结果是什么?想想汽油燃烧和炸弹爆炸，能量剧烈释放，这个化学反应的过程其实就是无法人为去精确控制的，于是化学能变成了热能，一次性把能量释放完毕，而且不可逆。

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