鋰離子電池相對(duì)于其它電池的不同點(diǎn)是什么？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 17:02
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鋰離子電池相對(duì)于其它電池的不同點(diǎn)
與鎳氫電池相比，鋰離子電池的充放電電壓較高，大約是鎳氫電池的3倍，為3.7 V，而鎳氫電池的充放電電壓為1.2 V。而與鋰金屬電池相比，二者皆具有較高的體積比能量和質(zhì)量比能量，但相對(duì)而言，鋰離子電池的穩(wěn)定性要比鋰金屬電池好。對(duì)于以往的鉛酸電池、鎳鎘電池，在性能和穩(wěn)定性上都比不上目前應(yīng)用廣泛的鋰離子電池，也逐漸被鋰離子電池、燃料電池等所替代。此外，鋰離子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量比鎳氫電池高，在工作原理上，鋰離子電池不同于其他電池，例如，在鉛酸電池體系中，反應(yīng)物是電解質(zhì)，而對(duì)于鋰離子電池，其實(shí)通過(guò)在正極負(fù)極之間的電解質(zhì)傳遞，其正極負(fù)極都用的是嵌入式材料，電解質(zhì)很容易在正負(fù)極之間進(jìn)行傳遞，因此，鋰離子電池還有一個(gè)稱號(hào)，叫做“搖擺電池”。
鋰離子電池的工作原理
鋰離子電池的工作原理較為簡(jiǎn)單，放電時(shí)，負(fù)極材料中會(huì)脫離出部分鋰離子，進(jìn)入到電解質(zhì)溶液中，而在電解質(zhì)中會(huì)有等量的鋰離子嵌入到正極材料中，在外電路中，相同的時(shí)間里，電子會(huì)從負(fù)極流向正極，對(duì)用負(fù)載進(jìn)行供電，提供能量。鋰離子電池還可以進(jìn)行可逆的充電過(guò)程，這發(fā)生在正負(fù)極上有電流或外電壓加載時(shí)。
鋰離子電池正極材料的特點(diǎn)
在鋰離子電池的首次提出以及問(wèn)世后，對(duì)于正極材料的研究就一直進(jìn)行著，各種成本低，性能好的新型正極材料都被廣泛研究和探討，作為鋰離子電池的正極材料，其必須滿足的幾點(diǎn)要求分別是：①容易合成且成本較低；②對(duì)環(huán)境污染性較?。虎墼谂c電解質(zhì)接觸時(shí)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性；④需具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力；⑤當(dāng)鋰離子在電解質(zhì)中傳遞時(shí)，在正極材料的嵌入和脫出時(shí)要能夠快速的與鋰離子發(fā)生反應(yīng)；⑥必須能與鋰離子發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)；⑦必須能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，含有過(guò)渡金屬元素。滿足上述要求后，對(duì)于新型正極材料的設(shè)計(jì)還需要考慮的一點(diǎn)是嵌入式電池體系的動(dòng)力學(xué)性能和熱力學(xué)性能。而對(duì)于正極材料的形貌和結(jié)構(gòu)也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素。
顆粒大小對(duì)正極材料電化學(xué)性能的影響
材料顆粒的直徑大小、密度、形貌以及分布對(duì)電池正極的動(dòng)力學(xué)有很大的影響，在電池的穩(wěn)定性、電化學(xué)性能上均扮演著重要的角色，例如，球形晶粒團(tuán)聚會(huì)形成單一的尖晶石球形晶粒，這會(huì)加強(qiáng)電池的循環(huán)性能，顆粒直徑較小可以使化學(xué)反應(yīng)更加迅速，這是因?yàn)殡x子和電子在材料中的擴(kuò)散路徑會(huì)隨著顆粒直徑減小而縮短，但過(guò)小的顆粒尺寸也是有相應(yīng)的缺點(diǎn)的，例如較低的振實(shí)密度會(huì)造成能量密度過(guò)低，熱穩(wěn)定性較差，當(dāng)電解質(zhì)中發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)活性會(huì)降低。在不斷研究分析中，各類的合成方法會(huì)合成不同尺寸的材料顆粒，合適的顆粒尺寸和形貌會(huì)使鋰離子電池的性能更加優(yōu)越。
與鎳氫電池相比，鋰離子電池的充放電電壓較高，大約是鎳氫電池的3倍，為3.7 V，而鎳氫電池的充放電電壓為1.2 V。而與鋰金屬電池相比，二者皆具有較高的體積比能量和質(zhì)量比能量，但相對(duì)而言，鋰離子電池的穩(wěn)定性要比鋰金屬電池好。對(duì)于以往的鉛酸電池、鎳鎘電池，在性能和穩(wěn)定性上都比不上目前應(yīng)用廣泛的鋰離子電池，也逐漸被鋰離子電池、燃料電池等所替代。此外，鋰離子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量比鎳氫電池高，在工作原理上，鋰離子電池不同于其他電池，例如，在鉛酸電池體系中，反應(yīng)物是電解質(zhì)，而對(duì)于鋰離子電池，其實(shí)通過(guò)在正極負(fù)極之間的電解質(zhì)傳遞，其正極負(fù)極都用的是嵌入式材料，電解質(zhì)很容易在正負(fù)極之間進(jìn)行傳遞，因此，鋰離子電池還有一個(gè)稱號(hào)，叫做“搖擺電池”。
鋰離子電池的工作原理
鋰離子電池的工作原理較為簡(jiǎn)單，放電時(shí)，負(fù)極材料中會(huì)脫離出部分鋰離子，進(jìn)入到電解質(zhì)溶液中，而在電解質(zhì)中會(huì)有等量的鋰離子嵌入到正極材料中，在外電路中，相同的時(shí)間里，電子會(huì)從負(fù)極流向正極，對(duì)用負(fù)載進(jìn)行供電，提供能量。鋰離子電池還可以進(jìn)行可逆的充電過(guò)程，這發(fā)生在正負(fù)極上有電流或外電壓加載時(shí)。
鋰離子電池正極材料的特點(diǎn)
在鋰離子電池的首次提出以及問(wèn)世后，對(duì)于正極材料的研究就一直進(jìn)行著，各種成本低，性能好的新型正極材料都被廣泛研究和探討，作為鋰離子電池的正極材料，其必須滿足的幾點(diǎn)要求分別是：①容易合成且成本較低；②對(duì)環(huán)境污染性較?。虎墼谂c電解質(zhì)接觸時(shí)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性；④需具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力；⑤當(dāng)鋰離子在電解質(zhì)中傳遞時(shí)，在正極材料的嵌入和脫出時(shí)要能夠快速的與鋰離子發(fā)生反應(yīng)；⑥必須能與鋰離子發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)；⑦必須能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，含有過(guò)渡金屬元素。滿足上述要求后，對(duì)于新型正極材料的設(shè)計(jì)還需要考慮的一點(diǎn)是嵌入式電池體系的動(dòng)力學(xué)性能和熱力學(xué)性能。而對(duì)于正極材料的形貌和結(jié)構(gòu)也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素。
顆粒大小對(duì)正極材料電化學(xué)性能的影響
材料顆粒的直徑大小、密度、形貌以及分布對(duì)電池正極的動(dòng)力學(xué)有很大的影響，在電池的穩(wěn)定性、電化學(xué)性能上均扮演著重要的角色，例如，球形晶粒團(tuán)聚會(huì)形成單一的尖晶石球形晶粒，這會(huì)加強(qiáng)電池的循環(huán)性能，顆粒直徑較小可以使化學(xué)反應(yīng)更加迅速，這是因?yàn)殡x子和電子在材料中的擴(kuò)散路徑會(huì)隨著顆粒直徑減小而縮短，但過(guò)小的顆粒尺寸也是有相應(yīng)的缺點(diǎn)的，例如較低的振實(shí)密度會(huì)造成能量密度過(guò)低，熱穩(wěn)定性較差，當(dāng)電解質(zhì)中發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)活性會(huì)降低。在不斷研究分析中，各類的合成方法會(huì)合成不同尺寸的材料顆粒，合適的顆粒尺寸和形貌會(huì)使鋰離子電池的性能更加優(yōu)越。
對(duì)于LiFePO4的正極材料，其原料來(lái)源較為廣泛，循環(huán)壽命較長(zhǎng)，安全指數(shù)也很高，對(duì)環(huán)境污染較小，在眾多正極材料中體現(xiàn)出非常強(qiáng)的綜合性能，一直是制備鋰離子電池正極的熱點(diǎn)材料，在最近幾年的發(fā)展下，LiFePO4型正極材料已經(jīng)達(dá)到實(shí)用的水平，甚至開始正規(guī)商業(yè)化應(yīng)用，LiFePO4為橄欖石結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)如圖1所示，其理論比容量為170mAhh，當(dāng)鋰離子電池進(jìn)行充電時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，鋰離子FeO6層面間釋放出來(lái)，流進(jìn)電解液，最后到達(dá)負(fù)極，在外電路，電子同時(shí)到達(dá)負(fù)極，鐵會(huì)從二價(jià)鐵離子變?yōu)槿齼r(jià)鐵離子，發(fā)生氧化反應(yīng)。放電過(guò)程則與充電過(guò)程相反，發(fā)生的是還原反應(yīng)。
