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(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；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(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)用于動力電池、儲能領(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價和4價氧化還元反應(yīng)。鋰離子充電電池不會發(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)然充滿電的時候負(fù)極的石墨因為鋰離子的進(jìn)入會有體積的膨脹。

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。

這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對鋰而言電位大于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)。其實鋰電池是一個很復(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)其實還包括一個很復(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(nèi)容。