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鋰電池新材料工作原理

2021-12-15 16:14:08

鋰金屬電池:

鋰電池基本原理

鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

放電反應:Li+MnO2=LiMnO2

鋰離子電池:

鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為電池正極材料、石墨為電池負極材料、使用非水電解質的電池。

充電正極上發生的反應為:LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(電子)

充電負極上發生的反應為:6C+xLi++xe- = LixC6

充電電池總反應:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

電池正極材料,電池負極材料,鋰合金金屬

正極

正極材料:可選的正極材料很多,目前市場常見的正極活性材料如下表所示:

正極材料

化學成分

標稱電壓

結構

能量密度

循環壽命

成本

安全性

鈷酸鋰(LCO)

LiCoO2

3.7 V

層狀

錳酸鋰(LMO)

Li2Mn2O4

3.6V

尖晶石

鎳酸鋰(LNO)

LiNiO2

3.6V

層狀

磷酸鐵鋰(LFP)

LiFePO4

3.2 V

橄欖石

鎳鈷鋁三元(NCA)

LiNixCoyAl(1-x-y)O2

3.6V

層狀

鎳鈷錳三元(NCM)

LiNixCoyMn(1-x-y)O2

3.6V

層狀


正極反應:放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。 充電時:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

負極

負極材料:多采用石墨。另外鋰金屬、鋰合金、硅碳負極、氧化物負極材料等也可用于負極。

負極反應:放電時鋰離子脫嵌,充電時鋰離子嵌入。

充電時:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放電時:LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

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