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鋰電池廠家解讀鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應

來源:存能電氣  日期:2020-04-29 16:20  瀏覽量:

鋰電池廠家解讀鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應。鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉移來完成電池充放電工作的,獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”,俗稱“鋰電”。下面由鋰電池廠家解讀鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應。

鋰電池.jpg

鋰電工作原理

鋰電池的充放電不是通過傳統的方式實現電子的轉移,而是通過鋰離子在層壯物質的晶體中的出入,發生能量變化。在正常充放電情況下,鋰離子的出入一般只引起層間距的變化,而不會引起晶體結構的破壞,因此從充放電反映來講鋰電池是一種理想的可逆電池。

鋰電池是一種充電電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作,在充放電過程中Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處于富鋰狀態;放電時則相反,一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池,是現代高性能電池的代表。

鋰電池在傳統領域主要應用于數碼產品,在新能源長足發展的今天普遍應用于動力電池、儲能領域。鋰電池技術本身并不怎么高深莫測,基本原理就是氧化還原反應,但能量載體們涉及到的具體化學過程千變萬化。具體到實際應用中涉及到材料學、無機化學、有機化學、物理、表面、界面、熱力學、動力學、工程機械加工、電子電路技術等交織在一起的諸多問題。

鋰電池氧化還原反應

由于負極可利用硬碳,與鋰離子充電電池研究一樣,探索可實現高容量化正極材料的開發也日益活躍。最近備受關注的是,可實現高容量化、且不同于鋰離子充電電池的正極材料。其中之一就是可利用鐵的3價和4價氧化還元反應。鋰離子充電電池不會發生鐵氧化還原反應,只能利用鎳、錳和鈷等過渡元素的氧化還原反應。

鋰電池在化學反應過程正負極都和鋰離子反應,具體就是鋰離子從正極材料里面脫出進入電解液,電解液里的鋰離子又與負極的石墨反應進入石墨的層狀結構,當然充滿電的時候負極的石墨因為鋰離子的進入會有體積的膨脹。

綜上所述鋰電池的反應可以看作是正極的鋰離子脫出進入石墨也就是負極材料的過程,而放電的時候是鋰離子從石墨負極脫出回到正極的過程,所以充放電就是鋰離子在正負極之間轉移,故鋰離子又稱作搖椅式電池,比喻鋰離子在正負極里面搖擺來回。

這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態,一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極。做為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物。理論上一些可以與鋰組成合金系統的金屬或類金屬都可作為鋰電池負極材料,這些負極材料統稱為合金負極材料,合金類材料Si,Sn,Ge等發與鋰發生的合金過程的確算氧化還原反應。

以上就是鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應。其實鋰電池是一個很復雜的體系,很多人在做上面的研究,鋰離子電池里的氧化還原反應其實還包括一個很復雜的內容叫做SEI膜,現在國際上沒有明確的共識它是怎樣形成的,但這個東西又是鋰離子電池里面很重要的內容。

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