锂离子电池的工作原理

锂离子电池使现代电动汽车成为可能。该工程解释视频展示了它们的工作原理以及制造方法。

该视频由LG能源解决方案赞助，该公司邀请《工程解释》主持人贾森·芬斯克参观其位于密歇根州荷兰的电池工厂。作为最大的电动汽车电池供应商之一，LG参与了与通用汽车成立的UltiumCellsLLC合资企业，该合资企业旨在在美国建立四家电池工厂，为通用汽车供应电动汽车。

锂离子电池由四个主要部件组成。阴极和阳极分别是正极和负极。电解质是充放电时锂离子和电子在正极和负极之间流动的介质。隔膜可防止阴极和阳极接触，从而防止短路。

阴极通常是电池中最昂贵的部分，而电池又是电动汽车中最昂贵的部分。其材料成分各不相同，其中最常见的是镍锰钴(NMC)。一些汽车制造商已开始转向磷酸铁锂(LFP)，它被认为是一种更实惠的选择，并且使用的原材料较少。

阳极通常由石墨制成，因为它可以储存大量的锂。硅被认为是一种替代品，因为它有可能储存更多的锂。电池公司SilaNanotechnologies声称，其硅阳极技术可将电动汽车续航里程提高20%。但硅在吸收和耗散锂时也会显着膨胀和收缩。

在当前的锂离子电池中，电解质是由锂盐和溶剂以及一些添加剂制成的液体。这使得锂离子可以自由移动，不会与电池中的其他材料发生反应，并且具有相对较低的凝固点和较高的燃点。一段时间以来，汽车制造商和电池公司一直在研究固态电池(其中电解质是固体材料)，但液体电解质目前可能仍然是默认电池。

最后，隔膜是一种允许锂离子通过的多孔材料。它的毛孔在高温下也会闭合，以防止过热。当隔板就位以阻止短路时，锂离子可以从阳极移动到阴极，这一过程会释放电子，为电机提供动力。对于充电，过程相反，锂离子从阴极迁移到阳极。

制造锂离子电池首先将阴极和阳极材料的浆料混合，然后将其涂在箔上(通常是铝作为阴极，铜作为阳极)。然后将涂覆的箔片切成电池大小的片，与中间的隔板层压，并堆叠成多层。然后注入电解液，并对组件进行老化过程。然后将完成的电池组装成模块，多个模块组成电池组。