一、充电：

1、锂离子从正极脱出

充电前，锂离子嵌在正极材料的层状结构里，当电芯接入充电电路，电源对电芯施加外部电压，使正极材料中的锂离子获得能量，正负极之间产生电场，锂离子从正极材料中脱嵌而出，变成自由的锂离子和电子，电子通过外部回路流向负极，锂离子内部出现浓度梯度，使锂离子在活性颗粒中发生扩散（固相扩散过程）

2、锂离子穿过正极界面膜（CEI膜）

CEI膜是由正极中的锂离子和电解液发生的副反应产生的化合物组成：首次充电时发生脱出并扩散过渡金属离子从正极溶解到电解液中，并由这些金属离子形成的产物也可以作为CEI膜重新沉淀到正极颗粒表面。CEI膜对正极会起到保护作用，阻碍正极和电解液的进一步反应，提高正极脱锂的稳定性。

CEI膜具有厚度薄、成分复合、生长不均匀、状态不稳定、化学性质特殊的特点。比如，CEI膜经常由磷酸锂（Li3PO4）、聚合物（例如聚丙烯腈）和锂盐（例如锂氟酸盐）组成。磷酸锂是CEI膜的主要框架材料，可以提供锂离子传输的通道，聚合物和锂盐则用于增加膜的电导率和降低界面阻抗。

3、锂离子在电解液中扩散

锂离子进入电解液，溶液相内部产生浓度差异，导致锂离子的扩散和迁移

电解液的成分、粘度、离子电导率、温度、电极表面特性（平整度和孔隙结构）等都会影响锂离子的扩散速度。

同时，在迁移的过程中，会发生锂离子的溶剂化，就是锂离子在电解液种通过溶剂分子的协助进行迁移，电解液中的溶剂分子（如碳酸酯类溶剂）会和锂离子结合，形成溶剂化鞘，帮助锂离子在电解液中移动，溶剂化鞘的结构会随着电解液的组成和环境条件（温度、压力等）而变化，例如加入添加剂或改变溶剂种类可以调解溶剂化鞘的稳定性。

4、溶剂化锂离子通过隔膜到达石墨负极表面形成SEI

溶剂化的锂离子会穿过隔膜，隔膜位于电池内部正负极之间，是一种具有大量纳米级别结构的薄膜，是锂离子产业链中最具技术壁垒的关键组件，作用是分隔正负极，防止其直接接触造成短路，防止电子进入，同时溶剂化的Li+可穿过微孔形成充放电回路，保障电池正常工作。

首次充电时，电解液中的溶剂分子和锂离子结合形成溶剂化锂离子，并在负极表面发生还原反应，形成厚度约100-120nm的SEI（solid electrolyte interface），理论上这层惰性层能够传导Li+，但是对于电子是绝缘的，且不溶于电解液中的有机溶剂，这使得只要SEI膜形成就能稳定存在，从而能有效防止溶剂大分子的共嵌入以杜绝因溶剂分子共嵌入而导致石墨材料的剥落，同时也能够抑制电解液的进一步分解，防止电解液中的锂离子继续在界面上得到电子发生还原分解以避免Li+继续消耗，这大大提高了电极的循环性能和使用寿命，Li+ 则可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出。

5、溶剂化锂离子在固体电解质界面SEI去溶剂化并通过SEI运输至石墨负极

由于锂离子在溶剂化过程中的“翅膀”效应导致其无法直接穿透SEI孔洞进入石墨负极，需要先脱去吸附在其表面的溶剂分子，这一过程即为去溶剂化过程，即溶剂化鞘被玻璃，锂离子和溶剂分子分离，锂离子去溶剂化后直接穿越SEI膜微孔向电极材料本体迁移。

去溶剂化过程需要克服能量势垒，是影响电池充电速度的关键。

6、锂离子在石墨负极内部扩散

（1）Li+嵌入石墨表面：受到缓慢反应动力学限制，快速嵌入的锂离子只能嵌入石墨的亚表层，最后产生LiC6结构

（2）Li+在石墨层间扩散：快速嵌入的锂离子不均匀地分布在石墨片层中，因此嵌锂石墨多阶共存地现象，产生局部应力导致石墨结构发生扭曲变形，形成位错。

（3）Li+在石墨电极内部扩散：Li+在石墨负极表面得到一个电子，转变为0价态，嵌入到石墨形成锂-碳层间化合物。随着嵌锂程度的增加，石墨体积也会发生变化，会在石墨内部产生一定应力，石墨应变会逐渐增大，例如石墨材料会膨胀10%左右，硅材料的体积甚至会膨胀到300%以上，造成SEI膜产生裂纹，将新鲜的电极界面裸露，导致电解液的持续分解，不仅会消耗锂离子电池内部有限的活性锂离子，还会引起电池阻抗的增加。

二、放电

过程及原理和充电类似，锂离子从负极材料中脱出，通过电解液移动到正极，并嵌入正极材料，同时，电子通过外部电路从负极流向正极，为外部设备提供电能。

在放电的过程中，锂离子从负极脱出后，依然会通过溶剂化作用形成溶剂化鞘，帮助其在电解液中传输，锂离子的移动也受到电场的驱动、浓度梯度的影响。同时电解液的离子电导率、粘度和温度等特性也会影响锂离子的扩散速度。

锂离子到达正极表面后，通过正极材料的孔隙结构嵌入，这个过程需要克服一定的能量势垒，但通常在正极材料的结构中存在合适的嵌入位点。

电解液的离子电导率、温度、电极材料的结构和BMS都可能影响放电性能。