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什么是锂电池?锂电池的工作原理是怎样的?

分类:技术中心 23人浏览 2020-11-20
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锂电池的定义
     “锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展,锂电池已经成为了主流。
     锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
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锂电池的工作原理
锂金属电池:
     锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
     放电反应:Li+MnO2=LiMnO2
锂离子电池:
     锂离子电池一般是使用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
正极
正极材料:可选的正极材料很多,目前市场常见的正极活性材料如下表所示:

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。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。
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


锂电池的种类

主要材料
碳负极材料
     已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
锡基负极材料
     锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。
氮化物
     也没有商业化产品。
合金类
     包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ,也没有商业化产品。
纳米级
     纳米碳管、纳米合金材料。
纳米氧化物
     根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向,诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨,锡氧化物,纳米碳管里面,极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。
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