锂离子电池工作原理

锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。

在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。

锂离子电池工作原理:

以一般的锂离子电池为例,其是以锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为:LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)

充电负极上发生的反应为:6C+XLi++Xe- = LixC6

充电电池总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

锂电池图片

正极

正极材料:可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照:

正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。

充电时:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-

放电时:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

负极

负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐、硅基、锡基及纳米氧化钨作负极材料可能会更好。

负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。

充电时:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时:LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

锂离子电池具有能量密度大,没有记忆效应,工作温度范围宽为-20℃~60℃,循环性能优越、可快速充放电及使用寿命长的优势。而且电池没有环境污染,被称为绿色电池。

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