锂电池要素

大致了解了一下，结合课上讲的，我阐释一下我对锂电池工作原理的理解。

首先，锂电池分两种，一种是锂离子电池，一种是锂金属电池。两者最大的不同不仅源于名字（也就是锂离子电池不含有单质金属锂），还包括锂离子电池能充电，重复使用，而锂金属电池不可以。这和其内在原理有关系。

其次就是工作原理了。现在我们的设备内经常使用的就是锂离子电池。其工作原理与化学中的原电池很相似，同样是有正负极，本质也是化学反应。负极材料是是碳棒和锂离子的化合物（六碳化锂），正极则是含有钴元素的氧化物合物。在放电反应中，负极材料中的电子会通过电解质转移至正级，让正级逐渐带负电荷。同时我们知道，锂是一种碱金属材料，最外层的电子比较容易失去，所以反应过程中不会出现锂金属。但是，这样下去，正极带上负电荷，还怎么继续吸引负极产生的电子从而形成电流呢？所以，巧妙的就来了，负极（六碳化锂）中的锂离子也会通过电解质前往正级，而恰巧正级又包含刚刚从正级得来的电子，于是锂离子便会与钴化合物发生反应，产生同时含有钴、锂的氧化物，钴的化合价从正四变成了正三。如此，既保障了化学反应的持续进行，也保证了电子的流动，产生电能。

那么充电又是怎么一回事呢？其实其过程恰恰相反，正极化合物中的电子会受到来自usb电源的压力而离开正极前往负极，同时钴的化合价再次成为正四。由此，锂被迫排出，同样开始前往负极。于是在充电的最后，正极中包含的电子和锂离子重新回到了负极，锂离子嵌入到石墨中，生成锂离子电池的负极（六碳化锂）。

其实锂离子电池的本质依旧是一个氧化还原反应+可逆反应的过程。与常规原电池不同的是，锂离子电池的电解质容易不会参与反应，只是作为介质为正负极材料的反应提供基础，使其能够相遇。同时，电解质也起到了分离的作用。如果正负极距离过近，就会导致化学反应发生速率过快，导致发生超热、爆炸的情况。这是很危险的。所以这是一个一石二鸟的举动。电解质的材质一般是半透膜分离器，可以起到作用。而且在正负极上，因为石墨和氧化钴都不擅长吸引和分配电子，所以正极有一部分金属铝，而负极有一部分金属铜，负责分配电子。为了节省空间，这些间层会被卷成一个叠纸类状态，同时在电池上安装额外电路，防止电池过度使用。

接下来就是为什么锂电池的寿命会越用越短。第一个原因出自于异常的化学反应。在放电过程中，总反应是六碳化锂和氧化钴生成单质碳和氧化钴锂。但是，正极反应的产物不一定是氧化钴锂，而可能是氧化锂和一氧化钴。这两种物质无法再参与电池反应，从而会导致可储存电量下降，形成不耐用的现象。第二个原因出自于，在负极，电解质会和铝以及有机溶剂发生反应，生成一种固体电解质面层，一般称为“SEI”。这个玩意会不可逆的消耗锂离子进入电解质，导致锂离子含量减小，进一步导致可储存电量减小。这便是其寿命越来越短的原因。

至于锂金属电池的本质，就留到下次探究吧。