鋰電池工作原理是什么?鋰離子電池正極材料的工作原理

來源：存能電氣  日期：2019-11-12 15:55  瀏覽量：次

　　鋰電池工作原理是什么？鋰離子電池正極材料的工作原理。我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)和筆記本電池其實(shí)是鋰離子電池，鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池，但大家俗稱為鋰電池。真正的鋰電池由于危險(xiǎn)性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。下面小編帶大家了解鋰電池工作原理是什么？鋰離子電池正極材料的工作原理。

　　鋰電池工作原理是什么

　　正極材料：LiMn2O4，負(fù)極材料：石墨

　　充電時(shí)正極的Li+和電解液中的Li+向負(fù)極聚集，得到電子，被還原成Li鑲嵌在負(fù)極的碳素材料中。放電時(shí)鑲嵌在負(fù)極碳素材料中的Li失去電子，進(jìn)入電解液，電解液內(nèi)的Li+向正極移動(dòng)。

　　鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物，電子只能在正極和負(fù)極材料中運(yùn)動(dòng)。充放電過程需要鋰離子和電子共同作用，這就要求鋰離子電極材料具有良好的導(dǎo)電性和離子的擴(kuò)散能力，以保證在放電過程中電子通過電極極耳迅速傳導(dǎo)到外電路。

　　鋰離子在負(fù)極材料脫嵌后迅速擴(kuò)散到電解液；電解液中的鋰離子被載體送達(dá)正極材料，與電子結(jié)合形成嵌入化合物。

　　鋰電池的充放電要求

　　1.鋰電池的充電

　　單節(jié)鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過充，否則會(huì)因正極的鋰離子丟失太多而使電池報(bào)廢。對(duì)鋰電池充電時(shí)，應(yīng)采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉(zhuǎn)入恒壓充電模式；當(dāng)恒壓充電電流降至100mA時(shí)，應(yīng)停止充電。

　　2.鋰電池的放電

　　由于鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，放電時(shí)鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證在下次充電時(shí)鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會(huì)縮短。

　　為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。單節(jié)鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不能低于2.5V。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)。

　　鋰離子電池正極材料的工作原理

　　鋰離子電池的正極材料通常由鋰的活性化合物組成，負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳，常見的正極材料主要成分為L(zhǎng)iCoO2，充電時(shí)，在電極兩極的電勢(shì)迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中，放電時(shí)鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合，鋰離子的移動(dòng)產(chǎn)生了電流。

　　影響鋰離子電池正極材料的因素

　　1、結(jié)晶度

　　晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育好，則結(jié)晶度高，有利于Li+擴(kuò)散，材料的電化學(xué)能好；反之，則電化學(xué)性能差。

　　2、合成時(shí)間及合成溫度

　　合成時(shí)間影響結(jié)晶度的發(fā)育及反應(yīng)的程度。合成時(shí)間短，反應(yīng)不完全，結(jié)晶度發(fā)育不好，有雜質(zhì)相存在；時(shí)間過長(zhǎng)，制備的晶型結(jié)構(gòu)可能發(fā)生很大的變化。

　　合成溫度影響材料的性能、結(jié)構(gòu)及反應(yīng)程度。低溫合成雖可獲得顆粒較小，比表面積大，但同時(shí)反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，結(jié)晶性能差，反應(yīng)不完全，雜質(zhì)相多，材料電化學(xué)性能不好；高溫合成反應(yīng)時(shí)間短，結(jié)晶性能較好，反應(yīng)完全，但材料顆粒尺寸較大，比表面積較小，材料電化學(xué)能性能差。

　　3、粒度

　　粒度影響材料的比表面積。粒徑過大，比表面積較小，粒體的吸附性相對(duì)較差，正極活性材料可能會(huì)脫離基體，游離在電解質(zhì)中，一旦和負(fù)極材料接觸，造成局部電池短路。

　　粒徑過小，比表面積過大，粉體極易團(tuán)聚，難以在有機(jī)溶劑中分散開，電極片活性物質(zhì)分布不均勻，電池性能不降；同時(shí)粒體過細(xì)，易引起表面缺陷，誘發(fā)電池極化，降低正極的電化學(xué)能。

　　以上就是鋰電池工作原理和鋰離子電池正極材料的工作原理，由于鋰離子電池不使用時(shí)也會(huì)自然衰老，因此，購(gòu)買時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要量選購(gòu)，不宜過多購(gòu)入。