前言：

随着电池技术的发展，锂电池已经进入了工作、生活的方方面面。小到手机电池，大到新能源汽车的电池模组，无处不见锂电池的身影。但我们也经常听到身边关于电池使用的抱怨，例如不耐用，损耗快。您想知道锂电池的基本结构和工作原理吗？您是否会正确使用锂电池呢？下文将为大家普及锂电池知识。

锂电池的构造

锂电池是一种充电电池，它一般采用含有锂元素的材料作为电极，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。电池内材料为正、负极，隔膜，电解液。

1.1 正极与负极

锂电池的正极是将正极材料（如LFP、NCM）涂布在铝箔（集流体）上，负是将负极材料（如石墨、LTO）涂布在铜箔（集流体）上。

1.2 隔膜

正负极之间有一层隔膜（Separator），使正负极隔离，防止电子穿过，同时又能使锂离子顺利通过。

1.3 电解液

电解液在电池中起到传导锂离子的作用。在电池放电的过程中，Li+从负极穿过隔膜到正极，电子则从负极经过外部电路回到正极形成了电流。电池的充电过程则刚好相反。下图为锂电池内部结构。

2. 锂电池的工作原理及衰减

如果把正极比作“工厂”，负极比作“公寓”，Li+(锂离子)比作“员工”。那么放电就是员工从公寓去工厂上班释放能量的过程，充电就是员工下班回公寓休息补充能量的过程。从这个比喻中我们可以想象无论是工厂岗位的减少，或是公寓的年久失修，以及员工的流失，最终都会导致了整体的衰减。

笔者再提出一个类比模型：若电池像是一个城市，那么电池正极状态反应的是城市有的工作岗位，电池负极代表城市里的住宅公寓，Li+则是城市中的就业人员。那么我们可以初步通过这个类比模型来理解电池衰减的可能原因：

2.1 容量衰减

相当于城市的生产总值下降了，可能是就业岗位减少，居住成本太高或居住环境劣化，以及就业人口流失。对应的也就是正负极活性材料减少和可移动的Li+减少。

2.2 内阻增加

相当于城市的工作效率低下，可能是政府行政阻力大，或是交通系统瘫痪导致员工上下班成本高，以及城市规划不合理居住地和工作地越来越远。也就是电池欧姆阻抗增大，导电性能下降，Li+运动路径劣化。

2.3 自放电大

相当于城市失业人口比例上升，占用了城市的资源却没有创造效益。也就是Li+异常损耗，电池内部微短路。

3. 衰减原因分析

3.1 正、负极材料脱落和老化

电池在不断的充放电过程中正负极会不断进行收缩和膨胀变化，不可避免的会产生正负极材料在集流体上的脱落，使得可嵌入Li+的晶格数量下降，从而影响了电池容量。随着使用次数的上升，这个是无法避免的。

3.2 产生析锂（过流、低温）

当电池超过可承受的倍率电流运行的时候，大量的Li+来不及嵌入电极，导致在电极表面大量的Li+堆积，最终在电极表面形成了金属锂枝晶。Li+变少了，电池容量自然降低。

3.3 隔膜损伤（高温）

首先电池电极表面一旦存在金属锂枝晶，则就有可能刺穿隔膜，引发正负极的短路。除此之外隔膜在高温环境下会分解和收缩，这种情况下也会引起短路。而一旦正负极短路，那么电子就无需通过外部电路即可到达正极，那么电池的整个电化学反应就失控了，产生过流、过温的现象从而进一步损伤电池，并引起热失控等更严重的问题。

3.4 电解液的损耗和分解（过压、欠压）

电池电解液的配方是根据该电池的电压工作区间确定，因此不合理的使用电池（过压欠压）也会造成电解液的分解。例如当电池过充时，即正极材料化合价升高（过多失去电子），此时正极材料还原性很强，就容易通过与电解液发生反应来得到电子，反应不仅消耗了电解液和正极材料，同时还会生成气体引发机械形变和漏液的隐患。

确保电池长寿命安全稳定的工作的前提在于始终保持电化学反应的可控和有序。而一旦超过了合理的使用条件，发生过压、欠压、过温、过流、机械损伤等情况时，电池的衰减将显著加剧，并且引发更为严重的安全问题。

参考文献：

1. 锂离子电池衰减机理梳理（一），IND4汽车人，叶磊，2018.1.15

2. 锂离子电池衰减机理梳理（二），IND4汽车人，叶磊，2018.1.20

3. 动力源泉_锂电池充电保养攻略，电脑知识与技术，老罗，2015.6