锂电池作为可充电池,可以重复多次使用。它的应用非常广泛,如我们日常生活中的手机内部电池、充电宝、电动车电池等。
那么,锂电池地如何充放电的呢?在回答这个问题之前,我们有必要先了解锂电池的结构以及锂的一些特性。
锂电池只要由三部分组成,如下图1-1所示,分别涂覆石墨的铜箔、涂覆锂化合物的铝箔和含有锂的有机盐的电解质。而锂电池的充放电其实就是锂离子与自由电子的往复移动。
图1-1
不同金属有不同的电化学势,所谓电化学势,简单来说,就是金属失去电子的趋势,如下图1-2所示给出的一些常见金属的电化学势,其中最容易失去电子的锂被用于锂离子电池。
显然,锂失去电子的倾向最高,而氟失去电子的倾向最小。这是因为锂的最外层只有一个电子,非常容易失去;而氟最外层有8个电子,非常稳定(原子的最外层最多只能有8个电子,1个时最活跃,8个时最稳定)。
图1-2
纯锂是一种高活性金属,放到水里直接沸腾,但锂的金属氧化物非常稳定,若我们以某种方式从这种金属氧化物中分离出一个锂原子,这个锂原子极不稳定,会瞬间形成一个锂离子和一个电子,如下图1-3所示。
图1-3
然而,正如上文所说,锂作为金属氧化物的一部分,处于金属氧化物中比处于这种锂原子游离的状态要稳定得多。所以,如果能为锂和金属氧化物之间的电子和锂离子流动提供两条不同的路径,锂原子会自动跑到金属氧化物部分,这个电子的路径就是外电路。
换言之,就像人一样,相对于漂泊不定的日子,我们都喜欢稳定的生活,锂也是同理,若能够依附其金属氧化物达到一种稳定的状态,它必是不喜欢以锂离子和电子的状态存在的。所以我们用电场力把锂从金属氧化物中提出来,然后又给它的离子和电子提供不同路径(撤去外电场),如下图1-4所示,它就会顺势回到氧化物中。