鋰電池電極反應基本過程
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-22 21:13
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鋰離子電池主要由正極極片、隔膜、負極極片以及填充在極片和隔膜孔隙內的電解液等基本部分組成,鋰離子電池的充放電過程是耦合電化學反應的多物理量傳輸、傳遞過程。充電時,正極顆粒內部的鋰離子擴散至顆粒表面,正極材料在電解液/電極顆粒兩相界面發(fā)生氧化,鋰離子脫出正極、進入電解液中,通過在電解液中的擴散和遷移傳遞到負極顆粒表面,然后通過兩相界面的電化學反應嵌入負極顆粒中,并從顆粒表面向內擴散;而電子則通過外電路從正極一側向負極遷移。放電時,鋰離子和電子的傳輸方面與之相反。在充放電過程中,電池內部的電化學過程具體包括3個方面[6]:
第一,鋰離子的傳輸,具體又包括3個部分:1)鋰離子在電極孔隙的電解液中的傳輸過程,與孔隙率、孔結構、電極/電解液的潤濕性相關;2)鋰通過SEI膜的擴散過程,受SEI膜成分、厚度等影響;3)鋰在電極材料固體顆粒內部的擴散,與原材料的基本特性相關。隨著電極厚度的增大,鋰離子在電極孔隙中的傳輸成為電池充放電過程中的決速步驟,因此,電池性能與電極涂層中三維孔結構,如孔徑大小及其分布,孔隙連通性,孔隙喉道特征等密切相關。
第二,電子的傳輸:1)電子在集流體/電極界面的傳導;2)多孔電極基體中的電子傳導,傳導路徑為電極涂層中的固體組分,主要包含兩個部分:活性物質顆粒相、導電劑構成的三維網(wǎng)絡。在正極極片中,活性物質顆粒的電導率很低,電子傳導主要通過分布在活性物質顆粒之間的與粘結劑膠合在一起的導電劑網(wǎng)絡傳輸。因此,極片中電子的遷移通道由導電劑三維網(wǎng)絡骨架組成,遷移速率主要取決于涂層與集流體的界面結合狀態(tài)、涂層中導電劑的分布狀態(tài)等因素。
第三,電極/電解液界面處發(fā)生電荷交換:1)電荷在電解液/電極界面的交換,伴隨著電化學反應;2)界面處存在贗電容,形成雙電層,并與活性物質顆粒比表面積密切相關。
