锂离子电芯是一种新型的电池能源，它不含金属锂，在充放电过程中，只有锂离子
在正负极间往来运动，电极和电解质不参与反应。锂离子电芯的能量容量密度可以
达到

300Wh/L，重量容量密度可以达到 125Wh/L。

一、

 电芯原理

锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正负极之间嵌入脱出，往返
穿梭电芯内部而没有金属锂的存在，因此锂离子电芯更加安全稳定。其反应示意图
及基本反应式如下所示：

二、

 电芯的构造

电芯的正极是

LiCoO2 加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石

墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳
米碳。
根据上述的反应机理，正极采用

LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中 LiCoO2 本是一

种层结构很稳定的晶型，但当从

LiCoO2 拿走 XLi 后，其结构可能发生变化，但是

否发生变化取决于

X 的大小。通过研究发现当 X>0.5 时 Li1-XCoO2 的结构表现为极

其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程
中应通过限制充电电压来控制

Li1-XCoO2 中的 X 值，一般充电电压不大于 4.2V 那

么

X 小于 0.5 ，这时 Li1-XCoO2 的晶型仍是稳定的。负极 C6 其本身有自己的特点，

当第一次化成后，正极

LiCoO2 中的 Li 被充到负极 C6 中，当放电时 Li 回到正极

LiCoO2 中，但化成之后必须有一部分 Li 留在负极 C6 中，心以保证下次充放电 Li
的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分

Li 留在负极 C6 中，一般通

过限制放电下限电压来实现。所以锂电芯的安全充电上限电压

≤4 .2V，放电下限电

压

≥2.5V。

三、

 电芯的安全性

电芯的安全性与电芯的设计、材料及生产工艺生产过程的控制等因素密切相关。在电
芯的充放电过程中，正负极材料的电极电位均处于动态变化中，随着充电电压的增
高，正极材料（

LixCoO2）电位不断上升，嵌锂的负极材料（LixC6）电位首先下

降，然后出现一个较长的电位平台，当充电电压过高（

 >4.2V）或由于负极活性材

料面密度相对于正极材料面密度

(C/A)比值不足时,负极材料过度嵌锂，杭缥辉蜓杆

傧陆担菇鹗麸龀

?正常情况下则不会有金属锂的的析出)，这样会对电芯的性能

及安全性构成极大的威胁。电位变化见下图：

在材料已定的情况下，

C/A 太大，则会出现上述结果。相反，C/A 太小，容量低，

平台低，循环特性差。这样，在生产加工中如何保证设计好的

C/A 比成了生产加工

中的关键。所以在生产中应就以下几个方面进行控制：
1.负极材料的处理
1)将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离，避免了局部电化学反应过度激