鋰離子電池的基本組成

為了實現上述功能，鋰離子電池要包含幾種基本材料:正電活性物質、負電活性物質、隔離膜、電解液。讓我們快速討論一下這些材料的用途。

理解正極和負極是不難的，為了實現電荷的運動，你要正極和負極材料的電位差，那么什么是活性材料呢?我們了解，電池實際上是將電能和化學能相互轉化來儲存和釋放能量。要做到這一點，你要一種容易與之發生反應的材料，一種容易被氧化和還原的材料，一種可以轉換能量的材料，所以我們要一種活性材料來做電池的正極和負極。

如上所述，鋰是我們生產電池的首選材料，那么為何不用金屬鋰作為電極的活性材料呢?這不是最大能量密度嗎?

如上圖所示，氧(O)、鈷(Co)和鋰(Li)形成了一個非常穩定的正極材料結構(圖中所示的比例和排列僅供參考)，負極石墨的碳原子也有一個非常穩定的層狀結構。正極和負極材料不僅要活潑，而且要有非常穩定的結構，才能實現有序、可控的化學反應。不穩定的后果是什么?想想汽油燃燒或炸彈爆炸時能量的劇烈釋放，這是一種幾乎不可能精確控制的化學過程，因此化學能變成熱能，同時不可逆地釋放出來。

金屬形式存在的鋰元素太活潑，頑皮的孩子大多不聽話，喜歡搞破壞。早期對鋰離子電池的研究重要集中在金屬鋰或其合金作為負極，但出于安全考慮，他們不得不尋找更好的替代品。近年來，隨著對能量密度的追求，這一研究方向出現了全血復活的趨勢，我們將在后面討論。

為了實現儲能和釋放過程的化學穩定性，也就是電池充放電周期的安全性和長壽命，我們要一種電極材料，它在要時是反應性的，在要時是穩定的。經過長期的研究和探索，發現了幾種鋰金屬氧化物，如鋰鈷氧化物、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元等材料，作為電池活性物質的正極或負極，解決了上述問題。如圖所示，磷酸鐵鋰的橄欖石結構也是一種非常穩定的正極材料結構。在充放電過程中，鋰離子在不引起晶格坍塌的情況下被剝離。另外，金屬鋰離子電池也有，但與鋰離子電池相比微不足道，技術的發展最終要服務于市場。

當然，在解決穩定性問題的同時，也帶來了嚴重的副用途，即作為能量載體的鋰的比例大幅下降，能量密度下降了一個多數量級。

負極通常選擇石墨或其他碳材料作為活性物質，這也符合上述原則。要求是良好的能源載體，相對穩定，儲量相對豐富，便于大規模生產。碳元素是一種相對最優的解決方法。當然，這并不是唯一的解決方法，而且負面材料已經被廣泛研究過，稍后會討論。

電解質是做什么用的?通俗地說，就是游泳池里面的水，讓鋰離子可以自由游動，所以離子導電性越高，阻力越小(游泳)，電子導電性(絕緣)越小，化學穩定性(穩定性)越好，熱穩定性(安全性)越好，給人以廣闊的潛在窗口。基于這些原理，經過長時間的工程探索，人們發現了高純有機溶劑、鋰電解液鹽以及必要的添加劑等原料，在一定條件下，按一定比例配制電解液。有機溶劑有PC(碳酸丙烯)、EC(碳酸乙烯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸乙酯)等材料。鋰電解液中含有LiPF6、LiBF4等物質。