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一、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理
所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。
 
◎當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
◎做為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2 ＋3x＋5y)/2)等。
◎電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。
◎外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。
 
二、鋰離子電池的種類
根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP)兩大類。
液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做集流體。
它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。
表 鋰離子電池結(jié)構(gòu)比較
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電解質(zhì)
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殼體/包裝
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隔膜
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集流體
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液態(tài)鋰離子電池
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液態(tài)
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不銹鋼、鋁
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25μPE
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銅箔和鋁箔
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聚合物鋰離子電池
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膠體聚合物
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鋁/PP復(fù)合膜
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沒有隔膜或個μPE
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銅箔和鋁箔
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由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。
三、鋰離子電池結(jié)構(gòu)的實驗探究
研究對象：科健K98手機鋰聚合物電池
1．結(jié)構(gòu)解剖
（1）將電池從外殼中取出，用剪刀剪開密封外皮，并將外皮剝開?？梢钥吹郊t色銅箔為負極集流體，銀白色鋁箔正極集流體。
 
（2）將塑料薄膜揭開，可以看到銅極、鋁極表面均附有黑色物質(zhì)。銅極、鋁極與高分子膜交替出現(xiàn)組成了電池：…－銅箔（表面附有黑色物質(zhì)CLix）－高分子膜－鋁箔（表面附有黑色物質(zhì)LiCoO2）－高分子膜－…
 
2．實驗研究
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步驟
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現(xiàn)象
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反應(yīng)或解釋
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（1）取一片銅極，置于酒精燈上加熱。
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劇烈燃燒
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4Li＋O2＝2Li2O
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（2）取一片鋁極，置于酒精燈上加熱。
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無明顯現(xiàn)象
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——
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（3）用剪刀將銅極和鋁極剪成小片。
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——
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——
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（4）取一支試管，向其中加入兩小片銅極，并加入少量蒸餾水。
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有火光出現(xiàn)，放出大量氣泡。
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2Li＋2H2O＝2LiOH＋H2↑
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（5）取部分步驟（4）得到溶液，注入到另一支試管中，滴加兩滴酚酞。
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溶液變?yōu)榧t色
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溶液顯堿性
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（6）取一根潔凈的鉑絲，蘸取步驟（4）得到的溶液，置于酒精燈外焰上灼燒。
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焰色為紅色
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Li的焰色
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（7）取一支試管，向其中加入兩小片鋁極，并加入少量蒸餾水。
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無明顯現(xiàn)象
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——
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（8）取部分步驟（7）得到溶液，注入到另一支試管中，滴加兩滴酚酞。
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無明顯現(xiàn)象
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——
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（9）向步驟（7）原試管中加入適量稀鹽酸，振蕩。
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溶液逐漸變?yōu)榧t色
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4LiCoO2＋12HCl＝4LiCl＋4CoCl2＋O2↑＋6H2O
Co3＋為強氧化劑，在水溶液中極不穩(wěn)定，易氧化H2O轉(zhuǎn)化為Co2＋，Co（III）只存在于固態(tài)和配合物中。[Co(H2O)6]2＋為粉紅色。
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（10）將上述紅色溶液分別注入兩支結(jié)晶試管中，向其中一支試管中加入適量濃鹽酸。
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溶液變?yōu)樗{色
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[Co(H2O)6]2＋—→
[CoCl4]2－
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歡迎下載：“鋰離子電池結(jié)構(gòu)探秘”實驗過程
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