锂离子电池，作为二次电池代表，借锂离子于正负极间嵌入脱嵌工作。充电时，锂离子从正极移至负极，放电相反，同时外电路电子流动生电流。正极多为含锂化合物，负极常用石墨等，电解质传导离子，隔膜防短路且让离子通过。其能量密度高、循环寿命佳、自放电率低且无记忆效应，在多领域广泛应用。

    锂离子电池主要依据正极材料分类，包括磷酸铁锂（LiFePO₄）锂离子电池，其安全性高、循环寿命长、成本较低、能量密度适中，常用于电动汽车中的电动公交车和物流车等商用车以及储能系统；三元锂离子电池（NCM 和 NCA）能量密度高、功率性能好、低温性能相对较好，但成本受原材料价格波动且安全性稍差，在对续航要求高的乘用电动汽车和高端消费电子设备中应用广泛；锰酸锂（LiMn₂O₄）锂离子电池成本低、安全性较好，不过能量密度和循环寿命有局限，多应用于电动工具以及小型电动汽车和低速电动车；钴酸锂（LiCoO₂）锂离子电池工作电压高、能量密度较高，但循环寿命和安全性在特定环境下有不足，曾是笔记本电脑、智能手机等消费电子产品的主要电池类型，不过如今市场份额逐渐被其他高性能电池挤占。

    锂电池内部结构精妙，各部分协同运作以达成电能存储与释放。正极材料借特定化学试剂主导工作电压等；负极材料凭相关物质实现锂离子嵌入与储存；电解质借化学溶剂与锂盐确保离子传导；隔膜用特殊材质隔离正负极并使离子通行，它们与化学试剂的配合铸就锂电池的出色性能。

一、正极材料

    正极材料是锂离子的重要来源之一。在充电过程中，正极材料中的锂离子会在电场作用下从晶格中脱出，进入电解液，为后续锂离子向负极的迁移提供基础。例如钴酸锂（LiCoO₂），其晶体结构中含有可脱嵌的锂离子，充电时锂离子从LiCoO₂中脱出。

    不同的正极材料具有不同的氧化还原电位，这直接决定了锂电池的工作电压。如钴酸锂的工作电压相对较高，一般在3.7V左右，而磷酸铁锂（LiFePO₄）的工作电压则相对较低，约为3.2V左右。工作电压的高低影响着电池的能量密度和输出功率，进而影响锂电池的应用场景。

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二、负极材料

    充电时，锂离子从正极脱嵌经电解液嵌入负极，而放电时，负极材料需具备良好的锂离子嵌入脱嵌能力，像石墨的层状结构利于锂离子可逆存储以保障充放电。负极材料容纳锂离子数量影响电池容量与能量密度，硅基负极理论比容量高但有体积膨胀问题。其表面性质、晶体结构稳定性关乎充放电效率与循环性能，石墨结构稳定循环性好，合金类负极虽容量高却因体积变化大易损循环寿命。同时，负极材料还涉及安全性，金属锂负极易生锂枝晶致短路，而碳基负极如石墨化学稳定性佳，可提升电池安全性。

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三、电解质溶液及电解质溶液添加剂

    锂离子电池的典型电解质包括液态电解质与固态电解质。液态电解质中，碳酸酯类电解液较为常见，由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有机溶剂与六氟磷酸锂等锂盐组成，广泛应用于消费电子和电动汽车领域；醚类电解液以乙二醇二甲醚、四氢呋喃等醚类溶剂搭配锂盐，适用于对低温性能有要求的电池如寒冷地区户外电子设备、特种车辆启动电池等。固态电解质方面，硫化物固态电解质由锂、硫和其他金属元素组成，离子电导率较高，是全固态锂电池研究重点，有望应用于高性能高安全性电池；氧化物固态电解质由锂、氧和其他金属元素构成，如石榴石型结构的Li₇La₃Zr₂O₁₂，机械强度高、化学稳定性好，适用于安全性要求极高的场景如航空航天、军事装备等领域的电池以及一些基础研究和小型高性能电池应用场景。

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四、隔膜材料

    锂离子电池隔膜材料极为重要，它能物理隔离正负极，防止短路保障安全，其微孔结构允许锂离子自由穿梭以确保电池充放电顺利进行，还可提升电池循环寿命并影响倍率性能。目前主流的隔膜材料有多种，聚烯烃类隔膜中，聚乙烯隔膜柔韧性好、电解液浸润性强且成本低，但热稳定性稍差；聚丙烯隔膜热稳定性和机械强度高，却孔隙率较低；聚乙烯 / 聚丙烯复合隔膜兼具两者优点。无纺布隔膜孔隙率高、电解液吸附能力强、柔韧性好，但机械强度低，常与他物复合使用。无机复合膜采用无机纳米颗粒与高聚合物复合，热稳定性和机械强度优异，能改善润湿性与锂离子传导性能。聚酰亚胺隔膜耐高温、机械与化学稳定性良好，虽成本高、制备工艺复杂，但在特殊领域有潜在应用前景。

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