化学自习室移动版

锂离子蓄电池，负极材料是石墨，负极的充电反应为：

xLi^＋＋xe^-＋6C→Li_xC₆

这是锂电池原理学习中最难（极难）理解的一个电极反应。难就难在充入的电子到底歇在谁的枝头上？

所有看到过的官宣都称，锂离子在电池充电过程中只是嵌入石墨层，没有得电子成为锂原子。想想也对，Li^＋/Li的电极电势极低，标准值-3.04V，要将Li^＋还原得消耗多大的能量哦。不像铅蓄电池中的Pb^2＋/Pb只是-0.13V，负极的充电反应容易进行：

PbSO₄＋2e^-→Pb＋SO₄^2－

注意到用单质锂做的金属锂电池就只是一次电池，不能充电的。例如Li－MnO₂电池，负极金属锂失电子，正极MnO₂得电子：

MnO₂＋e^-＋Li^＋→LiMnO₂

总放电反应为:

MnO₂＋Li→LiMnO₂

就是Li把电子交给了Mn，Li^＋要再回到锂单质，靠大功率电解了。

那么充电时锂离子电池的负极似乎就是石墨得电子了：

6C+ xe^-→C_6-x

就是说每6个碳原子带了x个负电荷，或者说平均每个石墨六元环容留了x/3个电子。却颠覆常规了，石墨不是惰性电极吗？只负责输送电子，不得失电子的。

那么就是因为有Li^＋的嵌入，石墨环有了正电性氛围，才具备了收留电子的能力，好比沙地因为长够了草才能蓄上水。原来Li_xC₆是个整体，不能拆写成Li^＋和C_6-x，C_6-x不能孤立存在，一个有沙有草的整体才是所充电子的栖息地。而Li^＋在石墨层中能够流畅嵌脱来去轻松，重要原因是Li^＋直径大约只及石墨层高的1/3，换Na^＋离子或Li原子恐怕都不能自如。正是有美国化学家在20世纪80年代发现了锂离子能在石墨层中快速可逆进出的特性，锂离子电池才得以发明且方兴未艾。

放电时锂离子电池的负极反应就是

Li_xC₆ － Xe^- → xLi^＋＋6C

锂离子从石墨层中脱嵌，石墨刚蓄的电子也就自发放出去做功了。绿没了，水也就流失了。

锂离子电池的放电动力除负极石墨难容电子外，还源自正极的高价态（高电势）材料愿意得电子。电流和水流一样，都是从势高处下泄的。以正极材料磷酸铁锂Li_1-xFePO₄为例，Fe的化合价（氧化数）为2+x，得了xe^-后降为+2价：

Li_1-xFePO₄+xLi^＋＋xe^-→LiFePO₄

总放电反应是

Li_xC₆ ＋Li_1－xFePO₄→LiFePO₄＋6C

在整个充放电反应中得失电子的是C和Fe，内电路是“固体电解质”。所谓固体电解质，实际就是一种盐桥，不是水桥，是旱桥。Li^＋很像普通盐桥中的K^＋，来回嵌脱既是一种轻松的摇摆游戏，也是电性中和的必需。

个人理解，仅供参考。实在是难为锂离子了。