鋰電池的出現(xiàn)替代曾經(jīng)一次電池，動(dòng)力鋰離子電池是由化學(xué)家John Goodenough及其同事Phil Wiseman，Koichi Mizushima和Phil Jones 在1970年代于牛津大學(xué)研發(fā)的 。于1980年，他們的研究發(fā)表，并由索尼公司轉(zhuǎn)化為商業(yè)技術(shù)，索尼公司在1990年代初生產(chǎn)了第一批鋰離子電池。從那時(shí)起，它們就變得司空見(jiàn)慣：每年生產(chǎn)約50億只（根據(jù)2013年的彭博新聞報(bào)道），其中大部分在中國(guó)。自1991年左右以來(lái)就已得到廣泛使用，我們用的手機(jī)，筆記本電腦和MP3播放器都是鋰離子電池。但是鋰電池原理確是在1912年由美國(guó)化學(xué)家吉爾伯特·劉易斯（Gilbert Lewis）（1875–1946）首次發(fā)現(xiàn)的。

圖1 電池應(yīng)用于各行各業(yè)

鋰離子電池工作原理

鋰離子電池充放電原理如圖2所示（以LiCoO2為正極，以炭為負(fù)極）。

充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為

LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)

充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為

6C+XLi++Xe- = LixC6

充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

或者以鋰鐵磷酸鹽為正極材料（主流）

正極

正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。 充電時(shí)：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時(shí)：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

負(fù)極

負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。

負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。

充電時(shí)：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放電時(shí)：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。