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摘要
锂离子电池在人类生产生活中发挥着重要的作用。本文用拟人化的手法，将锂离子化身为小礼，通过讲述小礼上学途中发生的故事，细致地向读者介绍了锂电池的工作原理、活性材料的结构特点以及电池使用过程中安全风险的产生原因和解决方法。
锂电池的诞生
锂电池实际上分为两种，一种是电池中使用了锂金属，一种是电池中不使用锂金属，而是使用能储存锂离子的材料。严格地说，前一种称为锂金属电池，后一种叫锂离子电池。现在我们称为锂电池的绝大多数是锂离子电池。
锂金属于1817年被发现。在所有金属中，锂的密度最小(0.534 g·cm−3)、电极电势最低(−3.04 V vs. SHE)。和使用其他金属材料的电池相比，放出同样电量时使用锂金属的电池重量最轻。从这个角度来说，锂金属非常适合作为电池的负极材料[1]。 因此，最先被发明出来的锂电池中使用了锂金属作为负极。
1957年，法国工程师赫伯特和乌拉姆申请了锂硫电池和锂碘电池的专利，但是没有成功商业化[2]。1972年，美国埃克森公司的惠廷汉姆(Stanley Whittingham)等人设计了以锂金属为负极、二硫化钛为正极的可充电锂电池，并被生产出来投入市场，然而没多久它就因频繁发生的爆炸事故黯然退市[3]。这是为什么呢？
休息好，才能学习好-——工作原理
放学喽！ 小礼感觉浑身酸软，恨不得赶紧飞到家里的床上美美睡上一觉。虽然每天在学校学习都能吸收新的知识，但是真消耗脑力和体力啊，学习哪是容易的事情呢？
放电原理：同学们都争先恐后地跑出教室，赶往学校外面的码头。早一步坐上船，就能早点划船回家啊。 这就是小礼周一到周五的生活轨迹——到学校学习(图1(a))，回小区休息(图2(a))。学习真是累啊，虽然每天到学校时小礼总是精神十足，但是认真学习了一天，能量真的消耗得差不多了。只有回到家里躺在舒服的床上睡上一大觉，才能让小礼重新充满快乐的能量。
充电原理：锂离子电池的工作原理和小礼每天的学习和休息过程很相似。小区可看作锂离子电池的负极，学校看作正极，在小区和学校之间的河流是电池的电解液，而河流中的沟渠可看作电池的隔膜，码头则是正极和负极活性材料颗粒(图1(b)和图2(b))。锂电池的基本结构包含了正极、负极、电解液和隔膜。小礼到学校学习消耗能量就是锂电池的放电过程(图1(b))；回到家里休息收获满满的能量就是锂电池的充电过程(图2(b))。
锂离子在电池中来回运动，就像是在压跷跷板或者在躺椅上摇来摇去。因此，锂离子电池还有一个外号——“摇椅电池”[4]。
但要注意，锂离子电池能够充放电是因为负极中锂离子和正极中钴、铁、镍等金属离子的氧化和还原，并不仅仅是因为锂离子在电池正负极间来回移动。
码头的事故——锂枝晶问题
冲啊！ 虽然小礼觉得很累，但还是铆足了劲往前划。可是有劲的同学多着呢，小礼被远远地落在后面。大家都想早早回到家里写完作业，能看会儿电视或者玩会儿游戏呢。 等小礼划到小区码头的时候，码头的栈桥上已经挤满了熙熙攘攘的同学了。最快的同学已经跑回家了，后面的同学才着急呢。小礼放学前和同学约了做完作业玩会儿《原神》，于是跳下船就往栈桥上挤。奈何码头上的同学摩肩接踵，栈桥上都挤满了同学。小礼一个不留神，“扑通”一下就掉到了河里(图3(a))。
锂枝晶生长：在锂电池正常的充电过程中，锂离子要进入负极的石墨颗粒内部的碳层间，接收来自正极的电子被还原为锂原子。如果锂离子不能及时进入石墨晶格，就会聚集在石墨颗粒表面，然后被还原为锂原子，当锂原子聚集地越来越多时(像码头上挤在一起的同学们)，它们就生长为树枝一样的金属晶体(图3(b))。锂枝晶是锂电池安全运行的死敌。锂枝晶生长过长后，会刺破隔膜造成电池短路，短时间内产生大量热量，造成电解液和电池材料燃烧，甚至发生爆炸。
