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锂离子电池

锂离子电池


       锂离子电池是指以两种不同的、能够可逆嵌入和脱嵌锂离子的化学物质作为正极和负极活性材料构成的蓄电池,实质上是锂离子浓差电池,其正负极材料具有不同的嵌脱锂电位。锂离子电池充放电过程原理如图所示。

 

        在充电过程中,Li+从正极材料(如LiCoO2)中脱嵌出来经过电解质迁移到负极材料(如石墨)晶体结构中,正极处于高电位的贫锂状态,负极则处于低电位的富锂状态;在放电过程中,Li+从负极中脱嵌出来返回到正极晶体结构中,这时正极处于富锂状态;为保持电荷的平衡,充、放电过程中有相同数量的电子经外电路传输,与Li+一起在正负极之间迁移,在一定的电位下形成输出电能。
         锂离子电池的性能取决于Li+在正负极材料中嵌入和脱出过程的难易程度以及穿过电解液传输速率。因此,电极材料和电解液的选择是保证锂离子电池性能优良的关键。
         锂离子电池正极材料按材料结构主要可分为三类:一是具有层状结构的材料,如LiCoO2、LiNiO2、LiMO2(M=NiCo、 NiCoMn)等;二是具有尖晶石结构的材料,如LiMn2O4;三是橄榄石结构的嵌入化合物,如LixMPO4(M=Fe、Mn、Co)。
         锂离子电池负极材料主要是碳素类材料,包括石墨、硬碳和软碳等。而处于研究中的负极材料有:合金类材料、金属氧化物系列、锂金属氮化物系列和硅及硅化物材料。
          最常用的电解液体系有:1M LiPF6/EC-DMC、1M LiPF6/EC-DEC、1M LiPF6/PC-DEC、1M LiPF6/PC-EC-BL、1M LiPF6/PC-DMC。
          现在,锂离子电池已经成为家喻户晓的蓄电池,几乎所有的手机和笔记本电脑都采用锂离子电池储存能量。随着大功率锂离子电池的开发,在电动汽车、智能电网储能方面的应用潜力也已经显现出来。

 

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