鋰離子電池裡面的氧化還原反應是怎樣的？

01-24

在講鋰離子電池的原理時，許多文章里都是說，極板有「穴」，鋰離子在兩極間移動，很少像其他電池一樣，會從氧化還原反應的角度來分析。
一直沒搞懂鋰離子電池的反應原理是什麼。憑直覺會很疑惑，鋰怎麼會適合做充電電池的呢？

鋰離子電池在化學反應過程正負極都和鋰離子反應，具體就是鋰離子從正極材料裡面脫出進入電解液，電解液里的鋰離子又與負極的石墨反應進入石墨的層狀結構，當然充滿電的時候負極的石墨因為鋰離子的進入會有體積的膨脹。

綜上所述，鋰離子電池的反應可以看作是正極的鋰離子脫出進入石墨也就是負極材料的過程，而放電的時候是鋰離子從石墨負極脫出回到正極的過程，所以充放電就是鋰離子在正負極之間轉移，故鋰離子又稱作搖椅式電池，比喻鋰離子在正負極裡面搖擺來回。

用一個圖來表示就是

關於鋰離子電池的反應式

這個反應式是一個通用的，正極材料可以是鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰或者三元材料，他們的結構式基本都符合上圖。

下面用鈷酸鋰作為例子

題主可以和上圖的「通式」進行對比，就很容易理解了。

進階內容：

三元材料是現在研究的熱點，無論是便攜設備電源和動力電源，都開始有這方面發展的趨勢，優劣此處不做介紹，只說他的反應式（註：此反應式只符合該比例的正極三元材料，鎳鈷錳比例為1：1：1）

這裡有個概念就是電池充放電的氧化還原對，在下面不同的電壓範圍，分別對應的是不同的氧化還原對，三元材料的上限電壓公認是4.5伏，對，也就是三星s6當點宣傳的高電壓高能量密度電池。

摘自：中國科學: 化學 2014年第44卷第7期: 1104 ~ 1115

課外補充：

其實鋰離子電池是一個很複雜的體系，很多人在做上面的研究，題主問到的鋰離子電池裡的氧化還原反應其實還包括一個很複雜的內容叫做SEI膜，現在國際上沒有明確的共識它是怎樣形成的，但這個東西又是鋰離子電池裡面很重要的內容。

SEI膜的介紹：

在金屬、碳材料或者氧化物電極表面，隨著電解液的氧化還原分解反應，電解液產物形成了一新的沉積層。有些產物變成了永久的沉積物並在電極表面形成了一鈍化層。這層絕緣層被稱為固體電解質界面（SEI膜），這層膜有低的電子電導率，高的離子傳導率，並且它的行為與固體電解質相似。SEI層的這些孔洞允許Li+自由通過電極，而其他電解液組份無法進出。

它的的原理有一種說法是：

可見鋰電池裡面的反應是非常複雜的，鋰離子電池很重視氧化還原，並不是不重視。

相關推薦：化學電源不是一個孤立的體系，涉及很多內容，也有很多很有意思的內容，關於鋰為什麼適合做二次電池，這裡如果完整的回答出來基本就夠給這個專業的學生上幾節課了。

所以這裡給題主推薦幾本書籍：

(1)
化學電源-電池原理及製造技術，

郭炳坤等,中南大學出版社，2003；

(2)
化學電源, 程新群編著，化學工業出版社，2010；

（這兩本涉及現有的幾乎所有的電池體系，題主有興趣的自然會找到鋰粒子二次電池現在大行於世的原因）

(3)
Batteries, Thomas B.Reddy, Fourth edition，2011；

(4)
Advanced
Batteries，Robert A. Huggins，Springer,2008;

(5)
Energy
Storage，Robert A. Huggins, Springer,2008;

(6)
先進電池——電化學電源導論，(英)文森特//(意)斯克羅沙廷，屠海令等編譯,冶金工業出版社，2006

註：此文不允許任何格式的轉載！

我是從事這個行業的工作人員，關於我提的這個問題其實是有問題的；就是鋰離子電池是濃差電池還是氧化還原電池；不同的人有不同的見解（不少業內大牛的看法也不盡相同）；