鋰離子電池工作的原理和負極材料
來源：寶鄂實業(yè)
2020-11-09 12:55
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鋰離子電池以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。在Li-ion Batteries的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。Li-ion Batteries就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電池。
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容里越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。
鋰離子電池
一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時電池發(fā)熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內部的電化學反應需要時間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產生泡沫，反而不滿。
對電池來說，正常使用就是放電的過程。鋰電池放電需要注意幾點：
第一，放電電流不能過大，過大的電流導致電池內部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害。在手機上，這個倒是沒有問題的，可以不考慮。
第二，絕對不能過放電！鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池報廢。好在手機電池內部都已經裝了保護電路，電壓還沒低到損壞電池的程度，保護電路就會起作用，停止放電。從圖上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
鋰離子電池負極材料:
鋰離子電池負極材料:(1)碳材料：石墨化碳材料、無定型碳材料。如石墨、軟碳、中間相碳微球已在國內有開發(fā)和研究，硬碳、碳納米管、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中。(2)其它材料：氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金、納米氧化物等。
負極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負極反應：放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。充電時：xLi+xe6C-LixC6放電時：LixC6→xLi+xe+6C大體分為以下幾種：
第一種是碳負極材料：石墨化碳材料、無定型碳材料。如石墨、軟碳、中間相碳微球已在國內有開發(fā)和研究，硬碳、碳納米管、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中。實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。同第二種是錫基負極材料：錫基負極材料可分為錫的氧化物和錫基復合氧化物兩種。氧化物是指各種價態(tài)金屬錫的氧化物。沒有商業(yè)化產品。
第三種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料，沒有商業(yè)化產品。
第四種是合金類負極材料：包括錫基合金、硅基合金、褚基合金、鋁基合金、梯基合金、鎂基合金和其它合金，沒有商業(yè)化產品。
第五種是納米級負極材料：納米碳管、納米合金材料。
第六種納米材料是納米氧化物材料：目前合肥翔正化學科技有限公司根據(jù)2009年鋰電池新能源行業(yè)的市場發(fā)展最新動向，諸多公司已經開始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統(tǒng)的石墨，錫氧化物，納米碳管里面，極大的提高鋰電池的沖放電量和充放電次數(shù)。
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