液體鋰電池是如何工作的

復合材料

 

鋰離子電池主要由四個基本部分組成:電極、電解液、隔離層和容器，如圖2.2所示。

 

(1)電極按其極性分為正電極材料和負電極材料。最常見的陽極材料是石墨。，蔡少偉等人對正極材料的類型和特性進行了全面的總結

圖2.3陽極材料

(2)電解液可分為兩種:一種是酸、堿和鹽的水溶液;另一種是有機電解質溶液。電解液是正負電極傳遞鋰離子的載體，決定了電池的容量、循環(huán)效率、倍增器、高低溫放電、高溫儲存、壽命和安全性等[23,24]。有機電解質一般包括以下物質:溶劑、鋰電解質鹽和添加劑。常用的有機溶劑有碳酸乙烯、碳酸丙烯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙酯，不同的溶劑對電池的性能有很大的影響。例如，大介電常數的溶劑可以降低鋰離子之間的吸引力，使鋰離子完全自由。溶劑閃點決定了鋰離子的最高工作溫度[25,26]。鋰離子鹽是提供鋰離子的材料，它主要有無機鹽和有機鹽兩個系列。添加劑是一種能顯著改善鋰離子性能的物質。例如，成膜添加劑可以防止溶劑對電極的損傷，提高電極嵌入鋰和鋰的容量和循環(huán)壽命。除抗過充添加劑外，還有導電添加劑、阻燃添加劑。

 

(3)隔離層是一層有機膜，其中有大量的迂回曲折通過微孔。這些小孔阻止了較大的電解液通過，但較小的鋰離子可以自由通過，在電池內部形成一個通電回路。因此，隔離層將正極和負極分為兩部分，可以防止電池短路，起到隔離作用[27-29]。

 

(4)容器是電池的包裝金屬外殼，主要起到維持電池外觀和保護內部電池的作用。電池外殼一般連接電池的正極和負極。

工作原理

 

鋰離子電池的充放電過程是鋰離子在正極和負極材料中嵌入和脫嵌入的過程，同時伴隨著能量的吸收和釋放。充電鋰離子電池:鋰離子從正極材料中分離出來，通過電解液到達負極。吸收電子后，將其嵌入負極材料中，形成高能的嵌入化合物。鋰離子電池放電:

 

Li+從正極材料中析出并釋放電子，Li+通過電解液到達正極，然后將電子注入正極材料中形成穩(wěn)定的嵌入化合物。圖2.4是鋰離子嵌入石墨的示意圖。

圖2.4鋰離子嵌入石墨的原理圖

鋰離子電池的正極和負極材料是離子和電子嵌入導體化合物的混合物。電子只能在陽極和陰極材料中移動。充電和放電過程需要鋰離子和電子的相互作用,這就需要鋰離子電極材料有良好的電導率和離子擴散能力,以確保電子快速傳輸到外部電路通過電極在放電過程中電極的耳朵。電解質中的鋰離子通過載體運至正極材料，并與電子結合形成嵌入化合物。