锂离子电池是如何工作的？

离子电池作为一种电化学储能装置，本质上是电能和化学能相互转化的过程。以商用钴酸锂（LiCoO ₂）/中间相碳微球石墨（MCMB）电池为例。电池在充电过程中，外部施加的电压差使Lit从正极材料中脱落，电解液穿透隔膜插入电池内部。在负极材料中；同时，电子通过外电路从正极流向负极。在此期间，当锂离子从正极脱出时，正极的电化学势（对于Li/Li ^﹢)增加，负极的电化学势随着Li ^﹢的插入而降低，从而造成正负极之间的电化学势差。，电池电压，不断升高到充电截止电压（当正极LiCoO ₂材料达到4.2V vs. C时）。

当外加负载给电池放电时，由于电极间的电化学电位差，Li ^﹢从负极向正极扩散，电子通过外加负载从负极流向正极。在此过程中，电池电压和电极电位随电池放电而变化，当Li ^﹢嵌入正极材料时，正极相对于Li/ Li ^﹢的电化学势下降，负极的电化学势电极随着Li ^﹢的释放而增加，导致电池电压持续下降，直到结束电压（正极LiCoO ₂材料达到 3.0V vs. C）时，放电停止。

综上所述，锂离子电池的充放电过程是靠锂离子在正负极之间的穿梭来实现的，因此锂离子电池也被称为“摇椅电池”。以LiCoO ₂为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池体系为例，说明电池材料在充放电过程中的反应。充电时，Li ^﹢从LiCoO ₂材料中释放出来，释放出电子。Co ^3﹢ 被氧化成 Co ^{4﹢  ，当 Li ﹢}时石墨也得到电子 is inserted between its layers. Therefore, during the charging process, the positive electrode is in a lithium-poor state, and the negative electrode graphite is in a lithium-rich state. Correspondingly, during discharge, Li^﹢ is released from the graphite layer and embedded in the positive electrode material, while the positive electrode material obtains electrons, Co^﹢ is reduced to Co^3﹢, the positive electrode becomes a lithium-rich state, and the graphite negative electrode returns to a lithium-poor state. The reaction equations of the positive and negative electrodes in the charge and discharge process are as follows;

Positive reaction: LiCoO₂ ⇄ Li_1-xCoO2 ＋ xLi^﹢＋ xe
负反应：C _n + x Li ^﹢ + xe ⇄ Li _x C _n
电池总反应：LiCoO ₂＋C _n ⇄ Li _1-x CoO2 ＋ Li _x C _n在锂离子电池体系中，锂的转移离子在正负电极之间本质上是一种浓度差扩散。理论上，Li ^{﹢的插入和提取}

不会对电极材料的晶体结构造成破坏。从这个意义上讲，锂离子电池的反应可以看作是一种理想的可逆反应。