鋰離子電池內的化學反應

    鋰電世界  數碼產品和智能設備的發展給我們帶來了更加便利的生活，但這些產品的增加也引發了一些問題，頻繁的充電讓很多朋友感到麻煩，新聞中出現的燃燒事故也讓很多用戶在選購產品時更為謹慎。

    本文就為您介紹我們在日常生活中接觸到的鋰離子電池，以及不同鋰離子電池的工作原理，一起來分析他們的功能性和安全性能到底如何。

　需要注意的是，我們常說的18650電池指的是電池的外形尺寸，而聚合物電池則是按照鋰電池中電解質性狀分類的一種，兩者不是非此即彼的關系，這兩種分類方式也不在本文的探討范圍。

種類多樣的鋰電池

    鋰離子電池按照正極材料主要可以分為鎳鋰電池（LiNiO2）、鎳鈷鋰電池（LiNi0.8Co0.2O2）、錳鋰電池（LiMn2O4）、三元電池（LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2）以及磷酸鐵鋰電池（LFP）。鋰離子電池的負極材料多為石墨。

    由于不同的正極材料有不同的特性，所以不同的鋰離子電池也會在不同方面存在差距，另外正極材料的不同也直接導致鋰離子電池的成本不一，同樣會影響其使用范圍。

鋰離子電池充放電示意

    以LiCoO2為例，鋰離子電池在充電時發生的反應為：

　正極反應：LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-　
　　
    負極反應：6C+XLi++Xe- = LixC6
　　
    總反應：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

　鋰離子電池的工作原理基本上一致，正極材料的不同并不會導致電池內的反應有本質差別，電池的充放電都是鋰離子（Li+）在電解質中運動，從而存儲電能或放出電能。

鋰離子電池的嵌入和脫嵌示意

    不同電池都是鋰離子的運動：充電時時鋰離子從負極運動到正極，這個過程稱為“嵌入”；在放電時，鋰離子則從正極運動到負極，這個過程為“脫嵌”。

不同鋰離子電池的特性對比

    對不同鋰離子電池的對比可以看出不同電池的特性：

　三元電池的典型正極材料為LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2，電池的能量值最高，其成本也較低，不過安全性略差，壽命最長，功率也較大。

　鎳鈷鋰電池的典型正極材料為LiNi0.8Co0.2O2，電池的能量值僅次于三元電池，安全性較差，優點是壽命長，成本最低，功率也較大。

　磷酸鐵鋰電池的典型正極材料為LiFePO4，電池的能量值相對最低，但安全性最好，壽命長，功率最大，成本也更高。

　錳鋰電池的典型正極材料為LiMn2O4，電池的能量值較低，安全性很好，功率最大，缺點是壽命短，而且成本高。

    根據不同的電池對比我們也可以發現，正極材料的不同使得電池在不同的特性方面都有不一樣的表現，也使得電池在應用方面存在區別。

　三元電池的能量值最高，壽命最長，功率也最大，同時擁有低成本的優勢，使其可以用在需要高密度能量的領域中，尤其在電動汽車等需要更高續航能力的地方。

特斯拉電動車使用的是三元電池

    鎳鈷鋰電池的成本最低，功率也較大，電池的能量值僅次于三元電池，在需要控制成本的地方有更好的表現，很多移動電源和手電中使用的就是鎳鈷鋰電池。

    磷酸鐵鋰電池的安全性最好，壽命更長，但其成本更高，使得磷酸鐵鋰電池主要應用在對使用時間及循環次數有更高要求的地方，如果對安全性的要求最高，同時不考慮成本，同樣可以優先選擇磷酸鐵鋰電池。

磷酸鐵鋰電池

    錳鋰電池的安全性很好，功率最大，主要作為動力電池使用，多數用在電動自行車以及電動模型上，不過錳鋰電池的缺點也比較多，一方面電池的能量值相對較低，壽命也較短，另一方面電池的成本高，也使得其應用較少。

用在電動自行車上的錳鋰電池

    需要說的是，雖然我們提到了不同鋰離子電池的安全性能，但這并不代表安全性低的電池會經常出問題，這只是相對的比較分析，目前鋰離子電池的技術已經趨于成熟，安全性都有很好的表現，龐大的使用量也是印證。

　總的來說，目前不同的鋰離子電池都在現有的技術上在成本和實用性之間找到了平衡，不同領域選擇不同的鋰離子電池也是從實際需求出發的。另外，鋰離子電池技術的成熟使得成品電池的一致性更佳，也可以為用戶提供更好的用電支持，也將在更大的領域發揮作用。