鋰離子電池是怎么工作的?

便攜式電子設(shè)備由電池供電。隨著便攜式產(chǎn)品的迅速發(fā)展，各種電池的使用，以及許多新型電池的開(kāi)發(fā)。除了人們比較熟悉的高性能堿性電池、可充電鎳鎘電池、鎳氫電池之外，還有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的鋰離子電池。本文重要解析鋰離子電池的基本知識(shí)。包括其特點(diǎn)、重要參數(shù)、模型的意義、適用范圍和大容量鋰離子電池的使用注意事項(xiàng)。

各種電池類(lèi)型的能量密度

鋰是一種金屬元素，化學(xué)符號(hào)為L(zhǎng)i(鋰)。除了在原子能工業(yè)上的應(yīng)用，它還可以制造特殊合金、特殊玻璃(電視機(jī)熒光屏玻璃)和鋰離子電池。在鋰離子電池中，鋰被用作電池的陽(yáng)極。

鋰離子電池也分為兩類(lèi):不可充電電池和可充電電池。不可充電電池被稱(chēng)為一次性電池。一次只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原為化學(xué)能(或還原性能很差)。可充電電池被稱(chēng)為二次電池。它可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)使用時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能是可逆的，這是電化能鋰離子電池的重要特點(diǎn)。

鋰離子電池的正極通常由活性化合物鋰構(gòu)成，而負(fù)極則是具有特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。常用陽(yáng)極材料的重要成分為L(zhǎng)iCoO2。充電時(shí)，電極上的電勢(shì)迫使陽(yáng)極化合物釋放鋰離子，并將其嵌入碳中，陽(yáng)極分子呈層流結(jié)構(gòu)排列。鋰離子在放電過(guò)程中從碳的層狀結(jié)構(gòu)中分離出來(lái)，并與正極化合物重新結(jié)合。鋰離子的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)大容量的鋰離子電池。

雖然化學(xué)反應(yīng)的原理很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際的工業(yè)加工中還有許多實(shí)際問(wèn)題要考慮。帶正極的材料要添加添加劑來(lái)維持重復(fù)電荷的活性，而帶負(fù)極的材料則要在分子結(jié)構(gòu)水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子。除了保持穩(wěn)定性外，正負(fù)電極之間的電解質(zhì)還要具有良好的導(dǎo)電性，降低電池的內(nèi)阻。

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池那樣的記憶效應(yīng)，但記憶效應(yīng)是基于結(jié)晶的，鋰離子電池幾乎不存在這樣的反應(yīng)。然而，鋰離子電池在多次充電后容量仍會(huì)下降，其原因是復(fù)雜多樣的。重要原因是陽(yáng)極和陰極材料本身的變化。從分子水平上看，正極和負(fù)極中含有鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)將逐漸坍塌和堵塞。從化學(xué)角度看，它是陽(yáng)極和陰極材料的主動(dòng)鈍化，并發(fā)生副反應(yīng)出現(xiàn)其他穩(wěn)定的化合物。還有一些實(shí)際情況是，陽(yáng)極材料逐漸脫落，最終減少了電池中可在充放電過(guò)程中自由移動(dòng)的鋰離子的數(shù)量。