鈦酸鋰電池和鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-31 09:28
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鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負(fù)極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。鋰電池工作原理充電時(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。
鈦酸鋰電池的結(jié)構(gòu)組成
正極：磷酸鐵鋰、錳酸鋰或三元材料、鎳錳酸鋰。
負(fù)極：鈦酸鋰材料。
隔膜：以碳作負(fù)極的鋰電池隔膜。
電解液：以碳作負(fù)極的鋰電池電解液。
電池殼：以碳作負(fù)極的鋰電池殼。
鈦酸鋰電池的工作原理
鈦酸鋰電池由正、負(fù)極板（正極活性物質(zhì)為三元鋰，負(fù)極為鈦酸鋰）、隔膜、電解質(zhì)、極耳、不銹鋼（鋁合金）外殼等組成。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域，隔膜、電解質(zhì)提供Li+的傳輸通道，極耳起到引導(dǎo)電流的作用。
電池充電時(shí)，Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面，從正極板材料中脫出，在電場(chǎng)力的作用下，進(jìn)入電解液，穿過(guò)隔膜，再經(jīng)電解液遷移到負(fù)極鈦酸鋰晶體的表面，然后嵌入負(fù)極鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中。與此同時(shí)，電子流通過(guò)正極的鋁箔，經(jīng)極耳、電池極柱、負(fù)載、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的鋁箔電極，再經(jīng)導(dǎo)電體流到鈦酸鋰負(fù)極，使電荷達(dá)至平衡。
電池放電時(shí)，Li+從鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中脫嵌，進(jìn)入電解液，穿過(guò)隔膜，再經(jīng)電解質(zhì)遷移到三元鋰晶體的表面，然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時(shí)，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的鋁箔電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、負(fù)載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極，然后再經(jīng)導(dǎo)電體流到三元鋰正極，使電荷達(dá)至平衡。
鈦酸鋰電池基本原理，就是在充、放電的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)的鋰離子在正負(fù)極之間來(lái)回的嵌脫，完成電池的充放電和向負(fù)載的供電。鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無(wú)泄露、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電率低、充放電迅速、循環(huán)壽命超長(zhǎng)、工作環(huán)境溫度范圍寬、安全穩(wěn)定綠色環(huán)保等特點(diǎn),所以在通信電源領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成
鋰離子電池由正極鋰化合物、中間的電解質(zhì)膜及負(fù)極碳組成。
當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。一般采用嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz等。
電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。
隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，采用PP/PE/PP三層隔膜優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了過(guò)熱保險(xiǎn)作用。外殼采用鋼或鋁材料，具有防爆的功能。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。
鋰離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱(chēng)為“搖椅電池”。
