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你必须知道 锂离子电池内的化学反应

作者:zdanfu来源:未知 浏览次数: 日期:2015-01-28

数码产品和智能设备的发展给我们带来了更加便利的生活,但这些产品的增加也引发了一些问题,频繁的充电让很多朋友感到麻烦,新闻中出现的燃烧事故也让很多用户在选购产品时更为谨慎。

数码周边100问 锂离子电池内的化学反应

本文就为您介绍我们在日常生活中接触到的锂离子电池,以及不同锂离子电池的工作原理,一起来分析他们的功能性和安全性能到底如何。

需要注意的是,我们常说的18650电池指的是电池的外形尺寸,而聚合物电池则是按照锂电池中电解质性状分类的一种,两者不是非此即彼的关系,这两种分类方式也不在本文的探讨范围。

数码周边100问 锂离子电池内的化学反应

种类多样的锂电池(图片源自bombayharbor)

锂离子电池按照正极材料主要可以分为镍锂电池(LiNiO2)、镍钴锂电池(LiNi0.8Co0.2O2)、锰锂电池(LiMn2O4)、三元电池(LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2)以及磷酸铁锂电池(LFP)。锂离子电池的负极材料多为石墨。

由于不同的正极材料有不同的特性,所以不同的锂离子电池也会在不同方面存在差距,另外正极材料的不同也直接导致锂离子电池的成本不一,同样会影响其使用范围。

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锂离子电池充放电示意(图片源自pdbattery)

以LiCoO2为例,锂离子电池在充电时发生的反应为:

正极反应:LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-

负极反应:6C+XLi++Xe- = LixC6

总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

锂离子电池的工作原理基本上一致,正极材料的不同并不会导致电池内的反应有本质差别,电池的充放电都是锂离子(Li+)在电解质中运动,从而存储电能或放出电能。

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锂离子电池的嵌入和脱嵌示意

不同电池都是锂离子的运动:充电时时锂离子从负极运动到正极,这个过程称为“嵌入”;在放电时,锂离子则从正极运动到负极,这个过程为“脱嵌”。

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不同锂离子电池的特性对比(图片源自The Current Move of Lithium Ion Batteries Towards the Next Phase. Adv. Energy Mater. 2012,DOI: 10.1002/aenm.201200028Energy能量,safety安全性,cost成本,life寿命,power功率。NMC/NCA为三元电池,LCO为镍钴电池,LFP为磷酸铁锂电池,LMO为锰锂电池。)

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