一、发展及分类
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
锂电池最早期应用在心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低，放电电压平缓等优点，使得植入人体的起搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于30伏的标称电压，更适合作集成电路电源。二氧化锰电池，就广泛用于计算器，数码相机、手表中。
为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究，从而制造出前所未有的产品。
1912年锂金属电池最早由Gilbert N Lewis提出并研究。
20世纪70年代时，M S Whittingham提出并开始研究锂离子电池。
1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的移动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备的重量和体积大大减小。
由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。
锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
二、工作原理
1 锂金属电池
一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
放电反应：Li+MnO2=LiMnO2
2锂离子电池：
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
充电正极上发生的反应为
LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)
充电负极上发生的反应为
6C+xLi++xe- = LixC6
充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6
三、特征
高能量密度锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。
高电压一个锂离子电池单体的工作电压为37V（平均值），相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。
无污染锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。
不含金属锂锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。
循环寿命高在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次，磷酸亚铁锂则可以达到2000次。
无记忆效应记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。
快速充电使用额定电压为42V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在15-25个小时内就充满电；而新开发的磷铁锂电池，已经可以在35分钟内充满电。
三、优缺点分析
1．优点
（1）能量比较高。具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；
（2）使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；
（3）额定电压高（单体工作电压为37V或32V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；锂电池可以通过一种新型的锂电池调压器的技术，将电压调至30V，以适合小电器的使用。
（4）具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；
（5）自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；
（6）重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5；
（7）高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；
（8）绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
（9）生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。
比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升（体积单位）。
2缺点
1．锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。
2．钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差。
3．锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。
4．生产要求条件高，成本高。
5．使用条件有限制，高低温使用危险大。
一、制造上的区别
从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。石墨烯电池的成本比锂电池低77%，完全在消费者承受范围之内。此外，在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。
二、原理不同
锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
石墨烯电池利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。
三、发展前景不同
电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。
由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长ColinBailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”
最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。
参考资料来源：百度百科-锂离子电池
参考资料来源：百度百科-石墨烯电池
锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。常见
的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离
子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新
和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。
化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：
正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳
更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小
电池内阻。
虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几
乎不会产生这种反应。但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多
样的。主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会
逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化
合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电
过程中移动的锂离子数目。
过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观
的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把
太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂
离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。
不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物，所
以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。在电池升温到一
定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大直到断路，电池不再升温，确保
电池充电温度正常。
而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗？专家明确地告诉我，这是没有意义的。他们
甚至说，所谓使用前三次全充放的“激活”，在他们两位博士的知识里，也想不通这有什么
必要。然而为什么很多人深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 后
面将会提到。
锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，
存有容量、温度、 ID 、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中会逐渐变化。我个
人认为，使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正
这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况。
充电控制芯片主要控制电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快
充阶段（电池指示灯呈**时）和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁。恒流快充
阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升
高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ，而最终完成充电。
电量统计芯片通过记录放电曲线（电压，电流，时间）可以抽样计算出电池的电量，这
就是我们在 Battery Information 里读到的 wh 值。而锂离子电池在多次使用后，放电曲
线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也
就是不准确的。所以我们需要深充放来校准电池的芯片。
最后我对电池的保养的看法是：
1 不必刻意保证每一次都放完电了再充；
2 一段时间可做一次保护电路控制下的深充放以修正电池的电量统计，但这不会提高
你电池的实际容量。
3 长期不用的电池，应放在阴凉的地方以减弱其内部自身钝化反应的速度。
4 保护电路也无力监控电池的自放电，长期不用的电池，应充入一定的电量以防电池
在存贮中自放电过量导致过度放电的损坏。
其实电池没有太多要顾及的使用注意，换句话说是顾及也没有太大用。一个电池能使用
多少次，也许差别更多的来自电池本身制造中的个体差异，而不是使用方法。选择具有良好
了解锂电池工作原理之前，先大概了解下锂电池的组成部分，如下示意图：
锂离子电池电池组成部分如下：
（1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。
（2）隔膜——种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。
（3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
（4）有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。
（5）电池外壳——分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。
二、锂电池工作原理图解
下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理：
1、锂电池充电过程
电池的正极由锂离子生成，生成的锂离子从正极“跳进”电解液里，通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，运动到负极，与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。●正极上发生的反应为：LiCoO2==充电==Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)●负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe=====LixC6在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在负极形成LiC化合物。
2、锂电池放电过程
放电时电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路径不同，电子从负极通过外部电路跑到正极；锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
锂离子电池充电的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样道理，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 负极 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。
锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品，它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极，放电时，锂变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动，电极本身不发生变化。这是锂离子电池与金属锂电池本质上的差别。锂离子电池的阳极为石墨晶体，阴极通常为二氧化锂。充电时，阴极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极运动与电子合成锂原子。放电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子，并在阴极处合成锂原子。所以，在该电池中锂永远以锂离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池。
一、锂离子电池的充放电特性
500mah的aa型锂离子电池的充放电特性曲线。单只锂离子电池的充电电压最好保持在4．1v＋50mv，充电电流通常限制在1c（500ma）以下，否则会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池通常采用恒流／恒压充电模式，即先采用1c的恒定电流充电，电池电压不断上升，当上升到4．1v时充电器应立即转入恒压方式（4．1v＋50mv），充电电流逐渐减小，当电池充足电时，电流降到涓流充电电流。用此方法，大约两个小时电池可以充足（500mah）。锂离子电池放电电流不应超过3c（1．5a），单体电池电压不应低于2．2v，否则会造成损坏。采用0．2c的放电电流，电池电压下降到2．7v时，可以放出额定电池容量（500mah），采用1c的放电电流时，电池能够放出90％的电池容量，另外环境的温度对电池的放电容量也会产生影响，所以规定了锂离子电池放电时的温度为－20℃～＋60℃。锂离子电池的一个特点是比较容易显示剩余电量，因为锂离子电池的工作电压随时间徐徐下降，锂离子电池放电起始电压为4．1v（4．2v），放电终止电压为2．5v。
二、锂离子电池的优缺点
优点：1．工作电压高；2．体积小、重量轻、能量高；3．寿命长；4．安全快速充电；5．允许温度范围宽；6．放电电流小、无记忆效应、无环境污染。
缺点：1．与干电池无互换性；2．不能快速充电；3．内部阻抗高；4．工作电压变化大；5．放电速率大，容量下降快，无法大电流放电。
三、锂离子电池充电器
下面介绍一种新型的锂离子电池充电器模块ps1719，它采用恒流／恒压方式控制锂离子电池充电。恒流、恒压调整方便，以充电电流减小到最大电流（恒流）的15％作为充满判别基准，并终止充电。此外还有充电显示和充满显示功能。ps1719模块工作电压为9v，内部结构。
PS1719模块为脚DIP封装形式，各引脚功能如下：
GND（①、⑩脚）为输入、输出电压接地引脚。
BATT－（②脚）接电池负极，对地接电流控制的反馈电阻。
LED（⑥脚）为充电状态显示引脚。高电平为充电显示，低电平为充满显示。能提供或吸入电流3mA，可驱动LED。
BATT＋（⑦脚）接电池正极。
CAP（⑧脚）外接抗干扰电容负极。电容正极接脚（Vo），该电容为不小于022μF。当正脉冲输入⑧脚时，可实现脉冲涓流充电模式。
RV（⑨脚）为电压控制反馈输入引脚。电压控制平衡时，该引脚对BATT－电压为25V。
DRV（脚）为带死区电压(0～3V)控制驱动OC输出引脚。可吸收电流30mA，驱动PNP型功率三极管，实现电压、电流控制。
Vo（脚）为约4V稳压输出引脚(充1节锂离子电池)，外接抗干扰电容正极。
V＋（脚）模块电源正电压输入引脚，要求6V≤V＋≤7V。
应用电路 PS1719模块专用于36V锂离子电池充电，也可用于三节镍镉或镍氢电池充电。其典型应用电路如图4所示。
锂电池工作原理是充放电原理。当锂电池放电时，电子和Li+同时作用，方向相同，但路径不同，电子通过外部电路由负向正极；锂离子Li+从负。
锂电池是一种可充电电池，主要依靠锂离子在正负极之间移动。在充放电过程中，Li+插层脱嵌在两个电极之间：在充电电池中，Li+从正电极上被借记，通过电解液插入负极，负极处于富锂状态；在放电过程中，则相反。以锂为电极的材料是现代高性能电池的代表。
在锂电池的充放电过程中，锂离子处于从正极到负极再到正极的移动状态。如果我们把锂离子的电池比作摇椅，摇椅的两端就是电池的两极，锂离子就像一个优秀的运动员在摇椅的两端来回奔跑。所以专家给电池起了个可爱的名字，摇椅电池。
锂电池的结构锂电池的结构由五部分组成：正极、负极、电解液、隔膜、外壳和电极引线。锂电池的结构可分为缠绕型和堆积型两大类。液体锂电池具有缠绕结构，而聚合物锂电池同时具有缠绕结构。
阴极材料：活性材料、导电剂、溶剂、粘合剂、基体。在锂电池中，正材料市场容量最大，附加值较高，约占锂电池成本的30%，毛利率低水平15%，高水平70%以上。目前，材料已批量应用于锂电池，主要包括锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍镍锰氧化物、锂钴镍锰氧化物和磷酸铁锂。
锂电池的充电方式是限压恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充电方式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：
以设定电流进行恒流充电，电池电压升到420V时，改为恒压充电，保持充电电压为 420V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。
以上就是关于锂离子电池的工作原理全部的内容，包括:锂离子电池的工作原理、锂离子电池与石墨烯电池，有什么制造上的区别原理上的区别、锂电池原理等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！
