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鋰離子電池工作原理

鋰離子電池以碳素材料為負極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。

在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中,鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。

鋰離子電池工作原理:

以一般的鋰離子電池為例,其是以鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

充電正極上發生的反應為:LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)

充電負極上發生的反應為:6C+XLi++Xe- = LixC6

充電電池總反應:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

鋰電池圖片

正極

正極材料:可選的正極材料很多,主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照:

正極反應:放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。

充電時:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-

放電時:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

負極

負極材料:多采用石墨。新的研究發現鈦酸鹽、硅基、錫基及納米氧化鎢作負極材料可能會更好。

負極反應:放電時鋰離子脫嵌,充電時鋰離子嵌入。

充電時:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放電時:LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

鋰離子電池具有能量密度大,沒有記憶效應,工作溫度范圍寬為-20℃~60℃,循環性能優越、可快速充放電及使用壽命長的優勢。而且電池沒有環境污染,被稱為綠色電池。

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