區別於鋰電池，電化學電池由許多部件構成。包括負極、正極、電解質和隔膜，某些型別的電池有附著於電極外側的集流體。圖一顯示了一個電池的截面圖。
圖（一）
負極
電化學電池中的負極通常由純金屬、合金、氫構成。例如，鉛酸電池的負極是純鉛。表（一）列出了常見電池型別的負極材料。在放電過程中，負極釋放電子至外部電路。失電子為電極被氧化的過程，即一個物質的氧化會有電子的損失，或者該物質的
氧化態
（oxidation state）增加（帶正電荷）。在充電過程中，負極接受來自外部電路的電子並被還原，即一種物質的
還原
伴隨電子的獲得，或者其氧化態降低（帶負電荷）。因此，在電化學電池中發生的化學反應被稱為氧化還原反應。負極通常被稱為
陽極(anode)
，陽極是發生氧化的電極。
所以，只有當電池放電時，負極才是陽極，而當電池充電時，為陰極(cathode)。
因此，陽極與陰極並不是描述電極的準確詞彙。
圖（二）
在鋰離子電池中，石墨目前為主要的負極材料，這主要得益於其豐富的儲量、高能量密度、高功率密度和低成本等優勢。由於提高
負極材料
對鋰離子的
嵌入和脫出
能力是目前提高鋰離子電池容量的主要途徑，因此對負極材料尤 其是碳材料的研究備受關注。鋰電池最初始是以金屬鋰作為負極，但金屬鋰 作為負極電池在充放電過程中會出現嚴重的析鋰現象， 產生的鋰枝晶會刺穿隔膜導致電池內部短路，進一步對電池的安全產生威脅。後來，具有層狀結構的石墨炭材料便成為主流的負極材料。
負極材料主要分為碳材料與非碳材料2大類。碳材料是指碳基體系，主要包括天然石墨、人造石墨、複合石墨等。非碳材料主要包括矽基材料、錫基材料、鈦酸鋰等。目前，可作為鋰離子電池負極材料的種類有很多，但能夠達到量產併成功商業化使用的主要還是石墨系的負極材料，具體包括天然石墨和人 造石墨。
表一
正極
電化學電池中的正極通常由金屬氧化物、硫化物或氧構成。例如，鉛酸電池的正極由純二氧化鉛製成，通常由塗在鉛合金網格上的氧化鉛形成。在放電過程中，正極接受來自外部電路的電子，電極被還原。在充電過程中，正極釋放電子至外部電路並被氧化。當電池放電時，正電極是陰極，而當電池充電時，正極是陽極。
圖（三）
正極材料和負極材料相互匹配，才能使電池容量得到真正提高。目前，研究主要集中在
鋰鈷氧化物
、
鋰鎳氧化物
和
鋰錳氧化物
。鋰離子電池正極材料的
鋰鈷氧化物
具有電壓高、放電平穩、適合大電流放電、比能量高、迴圈性好的優點。其二維層狀結構屬於 α-NaFeO2 型，適合鋰離子的嵌入和脫出。其理論容量為 274mAh/g，實際容量約為 140mAh/g。簡單的生產工藝和電化學性質穩定性使其 率先佔領市場。其合成方法主要有高溫固相合成法和低 溫固相合成法。
鋰鎳氧化物
的理論容量為 274mAh/g，實際容量可達 190~210 mAh /g。其自放電率低，沒有環境汙染，對電解液的要求較低。與 LiCoO2 相比，LiNiO2 具有一定的優勢。
鋰錳氧化物
理論容量為 283mAh/g，實際容量在160~190 mAh/g 之間。其突出優點是穩定性好，無汙染，工作電壓高，成本低廉。鋰錳化合物是傳統正極材料EMD的改性物，目前應用較多的是尖晶石型 LixMn2O4，其具有三維隧道結構，比層間化合物更利於 Li+ 的嵌入與脫出。
電解液
電解質是一種離子導體，為電極之間的離子電荷轉移提供了介質。電解質含有特定的
溶質
（固體聚合物電解質可能存在），溶質提供這種離子電導性。表（一）中列出的電化學電池使用液體電解質，其中溶劑是水，離子電荷轉移透過酸（H2SO4）、鹼（KOH）或鹽（ZnCl2）完成。使用液體電解質的電池的終端電壓小於2伏，因為液體中的氧和氫在較高的電壓下會解離。鋰離子電池通常使用非水相電解質，因為鋰電池的整體電壓遠高於2V。在放電過程中，帶正電荷的離子（陽離子）透過電解質向正極移動，而帶負電荷的離子（陰離子）透過電解質向負極移動。在充電過程中，相反的：陽離子向負極移動，陰離子向正極移動。
圖（四）
溫度影響電解液的性質。過低的工作溫度會帶來電解液黏度增大、電池內阻增大、電池可逆容量下降、電化學反應路徑改變等問題； 過高的工作溫度則會對電解液/電極介面、電極材料穩定性帶來挑戰， 帶來副反應增多的問題。儘管固態電解質在高溫下具有一定優勢， 但是使用固態電解質需要革新現有電池生產體系， 會帶來額外的成本， 因此現階段較為可行的方案是最佳化液態電解 液組成， 以此解決高、低溫電池所面臨的問題。目前商業電解液使用的LiPF6具有電導率高、與石墨負極相容且熱穩定性較好等優點， 但是LiPF6極易與水發生分解反應。高溫下， LiPF6的分解反應更容易發生。 即使在痕量 水存在的情況下， LiPF6也會發生水解， 生成HF， 腐蝕電池內各種材料。
隔膜
鋰離子透過電解液在正負極之間來回移動來完成電池的充放電過程，隔膜阻止正負極接觸但允許鋰離子自由透過，其成本佔比約為10%~ 20%。隔膜效能的優劣直接影響電池內阻、放電容量、迴圈使用壽命以及電池安全效能。目前市售的隔膜材質主要為聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），產品主要有PE單層、PE多層、PP單層和PP/PE/PP三層 。鋰電池隔膜需具備以下效能。①穩定性高。為防止電池短路，隔膜需具有良好的絕緣性以達到隔離正負極的作用；由於電解液的溶劑大多為強極性的有機化合物，這就要求隔膜要有足夠的化學穩定性，避免被電池電解液腐蝕，保證電池壽命；足夠的拉伸強度和較小的收縮率可以有效防止隔膜變形。②一致性好。隔膜在保證一定力學強度的情況下要做到儘可能薄，在保證一定孔徑的情況下做到孔隙率儘可能大，既要有良好的透過性又要對電解 液具有較好的浸潤能力，才能保證隔膜較低的電阻 和較高的離子導電性，從而提升電池能量密度和充 放電效能。③安全性高。隔膜要具有足夠的穿刺強 度和儘可能高的熔化溫度以及合適的閉孔溫度，既 可以防止鋰枝晶刺穿隔膜或隔膜融化造成電池短路，又可以防止電池過熱。
圖（五）
集流體
集流體附著在電極材料上或與電極材料混合的電子導體。電流集流體不參與電池的化學反應，可以降低電極的電阻，便於電流的流入與流出。例如在鋰離子電池中，負極集流體通常由銅箔製成，而正極集電器通常由鋁箔製成。乾電池正極中的集流體是碳。
圖（三）
電池能量密度的提升與其質量密切相關，透過減少電池中的非活性成分（如隔膜和集流體） 的用量可以有效提升電機效能。集流 體作為正極材料和負極材料電子傳輸的載體，在電池的充放電過程中並沒有提供任何的容量，同時，鋁箔和銅箔的密度均較大，這種存在於電池內的“死質量”嚴重影響其能量密度。因此，如何用更輕的材料去取代傳統的金屬集流體是提高電池能量密度發展的一個重要方向。高分子複合金屬集流體在改善鋰離子電池的安全性和提升電池的能量密度上有非常明顯的的優勢。以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯（PP）薄膜為代表製備的鍍鋁複合膜在包裝領 域佔有巨大的市場。
參考文獻
［1］石墨負極材料的發展歷史與研究進展
［2］動力電池負極材料行業 發展現狀及市場投資前景分析
［3］高容量鋰離子電池正極材料的研究進展
［4］寬溫域鋰電池電解液研究進展
［5］高安全鋰離子電池複合集流體的介面強化
