『壹』 鋰離子電池芯體包括哪些材料
鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質作負極的化學電源的總稱.由於鋰的標准電極電位很負(相對標准氫電極電位為-3.05V)而且理論比容量[2]高達3.88Ah/g.因此,與常規電池相比,具有電壓高(3V左右),比能量大200-450Wh/kg)等特點.已實用化的鋰電池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而當這里的鋰電極用碳代替時,便成了最新式的鋰離子蓄電池.鋰離子電池的研究始於20世紀80年代.1990年日本Nagoura等人研製成以石油焦為負極,以LiCoO2為正極的鋰離子電池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony兩大電池公司宣稱將推出以碳為負極的鋰離子電池.1991年,日本索尼能源技術公司與電池部聯合開發了一種以聚糖醇熱解碳(PFA)為負極的鋰離子電池.1993年,美國Bellcore(貝爾電訊公司)首先報導了採用PVDF工藝製造成聚合物鋰離子電池(PLIB). 下面我們具體了解一下鋰離子電池的工作原理鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類.其中,液態鋰離子電池是指以Li+嵌入化合物為正負極的二次電池.正極採用鋰離子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,負極採用鋰-碳層間化合物LixC6 電解質為溶解有鋰鹽的LiPF6,LiAsF6等有機溶劑. 聚合物鋰電池的正極和負極與液態鋰離子電池相同.只是原來得液態電解質改為含有鋰鹽的凝膠聚合物電解質.而目前主要開發的就是這種.
當鋰離子電池工作時,它的電化學表達式為
(-)Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)
正極反應:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi++xe 或 Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn
負極反應:nC+xLi+xe ===LixCn
(式中M為Co,Ni,Fe,W等;正極化合物有:LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4.LiFeO2,LiWO2等,負極化合物有LixC6,TiS2,WO3,NbS2,V2O5 等)
鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池,正負兩極由兩種鋰離子嵌入化合物組成.充電時,Li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極,負極處於富鋰態,正極處於貧鋰態,同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極,保證負極的電荷平衡,放電時則相反,Li+從負極脫嵌,經電解質嵌入正極(這種循環被形象的稱為搖椅式機制).在正常的充放電情況下,鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構氧化物層間嵌入嵌出,因為過渡金屬氧化物LiCoO2,LiNiO2中低自旋配合物多,晶格體積小,在鋰離子嵌入脫嵌時,晶格膨脹收縮性小,結晶結構穩定,因此循環性能好,而且充放電過程中,負極材料化學結構基本不變,因此從充放電反應的可逆性看鋰離子電池反應是一種理想的可逆過程. 而這里為了提高電池的性能,對電池的各部分也提出了相應的要求,對正極而言,應符合: 鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質作負極的化學電源的總稱.由於鋰的標准電極電位很負(相對標准氫電極電位為-3.05V)而且理論比容量[2]高達3.88Ah/g.因此,與常規電池相比,具有電壓高(3V左右),比能量大200-450Wh/kg)等特點.已實用化的鋰電池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而當這里的鋰電極用碳代替時,便成了最新式的鋰離子蓄電池.鋰離子電池的研究始於20世紀80年代.1990年日本Nagoura等人研製成以石油焦為負極,以LiCoO2為正極的鋰離子電池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony兩大電池公司宣稱將推出以碳為負極的鋰離子電池.1991年,日本索尼能源技術公司與電池部聯合開發了一種以聚糖醇熱解碳(PFA)為負極的鋰離子電池.1993年,美國Bellcore(貝爾電訊公司)首先報導了採用PVDF工藝製造成聚合物鋰離子電池(PLIB). 下面我們具體了解一下鋰離子電池的工作原理鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類.其中,液態鋰離子電池是指以Li+嵌入化合物為正負極的二次電池.正極採用鋰離子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,負極採用鋰-碳層間化合物LixC6 電解質為溶解有鋰鹽的LiPF6,LiAsF6等有機溶劑. 聚合物鋰電池的正極和負極與液態鋰離子電池相同.只是原來得液態電解質改為含有鋰鹽的凝膠聚合物電解質.而目前主要開發的就是這種.
當鋰離子電池工作時,它的電化學表達式為
(-)Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)
正極反應:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi++xe 或 Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn
負極反應:nC+xLi+xe ===LixCn
(式中M為Co,Ni,Fe,W等;正極化合物有:LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4.LiFeO2,LiWO2等,負極化合物有LixC6,TiS2,WO3,NbS2,V2O5 等)
鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池,正負兩極由兩種鋰離子嵌入化合物組成.充電時,Li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極,負極處於富鋰態,正極處於貧鋰態,同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極,保證負極的電荷平衡,放電時則相反,Li+從負極脫嵌,經電解質嵌入正極(這種循環被形象的稱為搖椅式機制).在正常的充放電情況下,鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構氧化物層間嵌入嵌出,因為過渡金屬氧化物LiCoO2,LiNiO2中低自旋配合物多,晶格體積小,在鋰離子嵌入脫嵌時,晶格膨脹收縮性小,結晶結構穩定,因此循環性能好,而且充放電過程中,負極材料化學結構基本不變,因此從充放電反應的可逆性看鋰離子電池反應是一種理想的可逆過程. 而這里為了提高電池的性能,對電池的各部分也提出了相應的要求,對正極而言,應符合: (1) 相對鋰的電極電位高,材料組成不隨電位變化,粒子導電率和電子導電率高,有利於降低電池內阻
(2)鋰離子嵌入脫嵌可逆性好,伴隨反應的體積變化小,鋰離子擴散速度快,以便獲得良好的循環特性和大電流特性.
(3)與有機電解質和粘結劑接觸性能好,熱穩性好,有利於延長電池壽命和提高安全性能. 而鋰鋰電池能有較高的電壓,也和它的正極材料有很大關系.因為鋰離子電池負極常用相對於鋰0—1V的碳負極,因此要獲得3V以上的電壓 ,必須使用4V級(vsLi+/Li)正極材料,而通過嵌入過程中吉布斯自由能變化的計算可知,正極電位與晶格能,離子化能,離子的溶劑化能有關.其中晶格能影響較大,因此,電池電壓主要由正極結晶結構決定.(因本論文介紹鋰離子電池基本原理,具體計算不作深入探討)而尖晶石結構和層狀結構的化合物一般電位較高,故常用作正極材料.常見的尖晶石結構如:LiMn2O4,層狀結構有:LiCoO2. 對負極而言,應符合:
(1):鋰貯存量高,
(2):鋰在碳中的嵌入脫嵌反應快,即鋰離子在固相的擴散系數大,在電極-電解液界面的移動阻抗小.
(3):鋰離子在電極材料中的存在狀態穩定.
(4):在電池的充放電循環中,碳負極材料體積變化小.
(5)電子導電性高.(6)碳材料在電解液中不溶解.
負極材料的選擇對電池的性能也有很大的影響.而最常用的是石墨電極,因為石墨導電性好.結晶度較高,具有良好的層狀結構.適合鋰的嵌入--脫嵌.而且它的插鋰電位低且平坦,可為鋰離子電池提供高的平穩的工作電壓.大致為:0.00---0.20v之間(vsLi+/Li)
對有機電解液而言,要求:
(1)離子電導率高
(2)電化學穩定的電位范圍寬:必須有0—5V的電化學穩定窗口.
(3) 熱穩定好,使用溫度范圍寬..
(4) 化學性能能夠穩定,與電池內集電流體和活性物質不發生化學反應
(5) 安全低毒,最好能生物降解.
『貳』 鋅離子的溶劑化 與 鋰離子的溶劑化 哪個更強
溶劑化鋰離子就是溶劑同離子形成的配離子。