电池是如何放电？锂离子电池又具有什么优势？带你了解电池原理

现代生活中我们时时刻刻都离不开电了，电每时每刻都在为我们服务着。基本上我们用的所有的电都是来自发电厂的电，家里的大型家电由于不会经常移动，因此，都是插着插座，随时可以使用，当我们需要使用经常拿动的电子产品时，不能时时刻刻插着插座，因此需要使用电池来为我们提供电力，关于电池你是否有很多疑问？那么我们就来详细了解。

伏特电堆的发现

在1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水中，发现连接两块金属的导线中有电流通过，于是，他把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片叠起来，用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池——“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验以及电报机的电力来源。

伏特与他的“伏特电堆”

伏特电堆

于是，电池就被这样给发明了，经过几百年的发展，电池从以前的“伏特电堆”到现在的干电池、二次电池。电池的效率越来越高，能量也越来越高，因此充满电能使用的时间也越来越长。那么这些电池的电是怎么来的？我们来讲解它的具体工作原理。

电池的工作原理

在了解电池之前，我们先来了解一下金属。

金属在我们生活中非常常见，比如铁、铜、铝等等，金属有一个性质，就是非常容易被氧化，因此，它的化学性质非常活泼。我们以锂金属为例。锂原子质子数为3，因此，锂原子中也就含有3个电子。

锂原子结构

电子在核外的排布是有一定规律的，第一层只能排两个，因此第二层只有一个。由于最外层的电子只有一个，因此这个电子很容易不稳定，容易失去。我们知道电流的产生就是电流的定向流动，失去的这个电子如果通过导线流到另外一个电极，那不就能能够产生电流，锂离子电池正是运用这个原理。

我们把电池称为化学电源， 它是一个能量转换的装置，放电时，电池是将化学能转变为电能；充电时则是将电能转变成化学能储存起来。当电池的正、负极用电子导体连接上并加上负载时，电流就会在负载上通过。只要正负极参加反应的物质不断进行反应，则电池不断有电流输出，直到反应物质反应完毕为止。

原电池模型

我们以上面这个最简单的电池模型进行分析，电池的活性物质是铜和锌，在空间上是分隔开的，当电路是断开的时候 ，锌电极和铜电极分别与硫酸锌溶液、硫酸铜溶液相接触。当锌电极与电解质ZnSO4接触时，金属锌会自发的失去两个电子，于是变成锌离子进入溶液中，锌电极上的Zn2+离子进入溶液后，将电子留在金属上，使锌带负电荷。带负电后，它将吸引溶液中的正电荷，在锌棒和溶液之间产生电位差，这个电位差阻止Zn2+继续转入溶液，同时促使Zn2+返回锌极，于是形成这样一个动态平衡。但总体上，锌电极是带负电的。

负极反应

同样的在铜电极，铜离子很容易得到电子，得到的电子正是从铜电极中获得，因此铜这个电极会带上正电，并且也存在动态平衡。

正极反应

锌电极带负电，铜电极带正电，因此在它们之间就会形成电势差，也就形成了电压，于是锌电极这边的电子就会流向铜电极，于是就产生了电流，有电子的流动后，两边的平衡状态就会受到破坏，于是锌会不断失去电子而电离，铜离子会不断得到电子。于是就有源源不断的电流。一个电池就形成了。

当电池进行充电时，则整个过程相反。锂电池的原理和这个近似，只是失去电子的是锂金属，那么，现代社会我们为什么又用到锂电池，却不同铝电池或者铁电池呢？这些金属不是更加容易得到吗，成本也就更加低。其实，主要是锂电池相对于其它金属制成的电池具有很多独特的优势。

锂离子电池的优势

1.比能量高，锂离子电池的能量与质量之比可达到120~200Wh/kg，在目前的蓄电池中是最高的。由于金属锂是质量非常轻，同样的质量下，所带的电荷最多。

2.放电电压高，放电电压一般在3.2V~4.2V以上。

3.自放电低，在正常存放情况下，锂离子电池的月自放电率仅为5%左右。

4.循环寿命长，无记忆效应，普通锂二次电池在100%的放电深度下，充放电可达500次以上。如磷酸铁锂电池和钛酸锂电池为负极的电池循环寿命分别超过2000次和5000次。

5.充电效率高，电池循环充放电过程中能量转换效率可达90%以上。

大家或许觉得锂离子电池似乎近些年来一直没什么发展，其实现在制约锂离子电池高性能的因素主要是储锂材料 和电解质材料 的开发与应用。现在研究特别多的石墨烯电池就是利用石墨的层状结构，将锂离子嵌入石墨层中，可以大大增多电池的容量，并且由于石墨烯的超强导电性，提高了电池的充放电效率。关于石墨烯，可以看我的这篇相关文章科学界的明星——石墨烯，它到底是个啥？又有什么用？

以上就是电池的放电原理，你看懂了吗？

弄懂锂电池的工作原理 就是如此简单

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