鋰電池廠家解讀鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應(yīng)

來源：存能電氣  日期：2020-04-29 16:20  瀏覽量：次

鋰電池廠家解讀鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應(yīng)。鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)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(yīng)。

鋰電工作原理

鋰電池的充放電不是通過傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移，而是通過鋰離子在層壯物質(zhì)的晶體中的出入，發(fā)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(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)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(fù)極之間移動(dòng)來工作，在充放電過程中Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反，一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

鋰電池在傳統(tǒng)領(lǐng)域主要應(yīng)用于數(shù)碼產(chǎn)品，在新能源長足發(fā)展的今天普遍應(yīng)用于動(dòng)力電池、儲(chǔ)能領(lǐng)域。鋰電池技術(shù)本身并不怎么高深莫測，基本原理就是氧化還原反應(yīng)，但能量載體們涉及到的具體化學(xué)過程千變?nèi)f化。具體到實(shí)際應(yīng)用中涉及到材料學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理、表面、界面、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程機(jī)械加工、電子電路技術(shù)等交織在一起的諸多問題。

鋰電池氧化還原反應(yīng)

由于負(fù)極可利用硬碳，與鋰離子充電電池研究一樣，探索可實(shí)現(xiàn)高容量化正極材料的開發(fā)也日益活躍。最近備受關(guān)注的是，可實(shí)現(xiàn)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(jià)和4價(jià)氧化還元反應(yīng)。鋰離子充電電池不會(huì)發(fā)生鐵氧化還原反應(yīng)，只能利用鎳、錳和鈷等過渡元素的氧化還原反應(yīng)。

鋰電池在化學(xué)反應(yīng)過程正負(fù)極都和鋰離子反應(yīng)，具體就是鋰離子從正極材料里面脫出進(jìn)入電解液，電解液里的鋰離子又與負(fù)極的石墨反應(yīng)進(jìn)入石墨的層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然充滿電的時(shí)候負(fù)極的石墨因?yàn)殇囯x子的進(jìn)入會(huì)有體積的膨脹。

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

這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極。做為負(fù)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(tǒng)的金屬或類金屬都可作為鋰電池負(fù)極材料，這些負(fù)極材料統(tǒng)稱為合金負(fù)極材料，合金類材料Si，Sn，Ge等發(fā)與鋰發(fā)生的合金過程的確算氧化還原反應(yīng)。

以上就是鋰電工作原理和鋰電池氧化還原反應(yīng)。其實(shí)鋰電池是一個(gè)很復(fù)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(yīng)其實(shí)還包括一個(gè)很復(fù)雜的內(nèi)容叫做SEI膜，現(xiàn)在國際上沒有明確的共識(shí)它是怎樣形成的，但這個(gè)東西又是鋰離子電池里面很重要的內(nèi)容。