電化學原理讀書報告

1、鋰電池鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的一次電池， 與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。鋰電池的發(fā)明者是 愛迪生。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著二十世紀末 微電子技術(shù) 的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規(guī)模的實用階段。鋰電池（Lithium battery ）是指電化學體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚 合物）的電池。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含

2、有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。電池化學反應原理鋰金屬電池鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應：Li+MnO2=LiMnO2 ,該反應為氧化還原反應，放電。正極上發(fā)生的反應為LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+XLi+Xe（ 電子）負極上發(fā)生的反應為6C+XLi+Xe=LixC6電池總反應：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6鋰離子電池正極正極材料：可選的正極材料很多，目前主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對昭八、LICQQ23.7 14DnmGLi2Mn20d40 VIDO mAWg：LIF BPO433

3、VI DO fTWWLi2F產(chǎn) CMF3HflV115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-放電日Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- - LiFePO4負極負極材料：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+ + xe- + 6C - LixC6放電日L: LixC6 xLi+ + xe- + 6C最早得以應用于心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低， 放電電壓平緩。使得起植入人體的搏器能夠長期運作而不用重新充電。鋰電池一般有高于 3.

4、0伏的標稱電壓，更適合作 集成電路電源。二氧化鎰電池，就廣泛用于計算器，數(shù)位相機、手表中。一1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實用化，使人們的行動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與饃鎘電池相比，大大減少了對環(huán)境的污染。鋰電池通常分兩大類：鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化鎰為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、 使用非水電解質(zhì)的電池。鋰金屬電池的能量密度高， 理論上能達到3860瓦/公斤。但是由于其性質(zhì)不

5、夠穩(wěn)定而且 不能充電，所以無法作為反復使用的動力電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力，被作為主要的動力電池發(fā)展。 但因為其配合不同的元素， 組成的正極材料在各方面性能差異 很大，導致業(yè)內(nèi)對正極材料路線的紛爭加大。通常我們說得最多的動力電池主要有磷酸鐵鋰電池、鎰酸鋰電池、鉆酸鋰電池以及三元鋰電池（三元饃鉆鎰）。鋰電池負極材料大體分為以下幾種：第一種是碳負極材料：目前已經(jīng)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。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。

6、目前沒有商業(yè)化產(chǎn)品。第三種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料，目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。第四種是合金類負極材料：包括錫基合金、硅基合金、錯基合金、鋁基合金、睇基合金、鎂基合金和其它合金，目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)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(jīng)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)。導電涂層導電涂層也稱為預涂層，在鋰電池行業(yè)內(nèi)通常指涂覆于正極集流體一一鋁箔表面的一層導電涂層，涂覆導電涂層的鋁箔稱

7、為預涂層鋁箔或簡稱涂層鋁箔，其最早在電池中的實驗可以追溯到70年代，而近幾年隨著新能源行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰電池的發(fā)展而風生水起，成 為業(yè)內(nèi)大受歡迎的新技術(shù)或 新材料。性能導電涂層在鋰電池中能夠有效提高極片附著力，減少粘結(jié)劑的使用量，同時對于電池的電性能也有顯著提升。.接觸電阻下降40%.膠黏劑用量降低50%.同倍率下，電池電壓平臺提升20%.材料與集流體附著力提高 30% ,經(jīng)過長期循環(huán)不會有脫層現(xiàn)象。一、鋰電池外殼特性鋰，原子序數(shù)3,原子量6.941 ,是最輕的堿金屬元素。為了提升安全性及電壓，科學家們發(fā)明了用石墨及鉆酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了納米等級的 細小儲存格子

8、，可用來儲存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼破裂，氧氣進入，也會因氧 分子太大，進不了這些細小的儲存格，使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。鋰離子電池的這種原理，使得 人們在獲得它高容量密度的同時， 也達到安全的目的。 鋰 離子電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子， 氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負極去， 進入負 極的儲存格，并獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了防 止電池的正負極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時，自動關(guān)閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險發(fā)生。鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和方型

9、。電池內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極問間隔而成。正極包括由鉆酸鋰（或鍥鉆鈕酸鋰、鈕酸鋰、磷酸亞鐵鋰等）箔組成的電流收集極。負極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。 電池 內(nèi)充有有機電解質(zhì)溶液。另外還裝有安全閥和 PTC比件（部分圓柱式使用），以 便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時保護電池不受損壞。單節(jié)鋰電池的電壓為3.7V （磷酸亞鐵鋰正極的為3.2V）,電池容量也不可能 無限大，因此，常常將單節(jié)鋰電池進行用、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。研究與發(fā)展前景鋰電池廣泛應用于水力、 火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，郵電通訊的 不間斷電源，以及

10、電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng) 域。鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用，預計將成為 21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛(wèi)星、 航空航天和儲能方面得到應用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電現(xiàn)在被廣泛應用于電動車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用。超級鋰電池剛研發(fā)出來的超級鋰電池能在短時間迅速充電完成，例如手機充電一般20秒，這種電池有可能加大電池未來的使用領(lǐng)域，例如使用在電動汽車上，使中途充電如加油一般方

11、便。優(yōu)點：1.能量比較高。具有高儲存能量密度，目前已達到 460-600Wh/kg ,是鉛酸電 池的約6-7倍；.使用壽命長，使用壽命可達到 6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池 1C （100%DOD ） 充放電，有可以使用 10,000次的記錄；.額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V）,約等于3只饃鎘或饃氫 充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；.具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；.自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到饃氫電池的1/20 ;.重量輕，相同體積下重量約為鉛

12、酸產(chǎn)品的1/6-1/5 ;.高低溫適應性強，可以在-20 C -60 C的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45 C 環(huán)境下使用；.綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有 害重金屬元素和物質(zhì)。.生產(chǎn)基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用 Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克（重量單位），L是升（體積單位）。缺點.鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險。.鉆酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差。.鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電。4.生產(chǎn)要求條件高，成

13、本高。鋰電池納米級的研究：1大的放電比容量；2好的倍率充放電性能；3較好的循環(huán)穩(wěn)定性；4低廉的原材料等。層狀化合物LiV3O 8具有優(yōu)良的嵌鋰能力， 作為鋰離子電池正極材料具有比容量高、價格便宜、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。LiV3O8電化學性能，如比容量 、循環(huán)性能等受不同制備 方法的影響。高溫 固相合成。由于燒結(jié)過程中鋰和V 2O5的揮發(fā)很難準確控制反應物的量，另外產(chǎn)物的均一性差、充放電容量和循環(huán)性能不令人滿意。液相合成法不需高溫，方法簡單，產(chǎn)物均一性好 ，但反應周期較長，合成產(chǎn)物的放電容量也還有進一步提高的空間。為改善LiV 3O8電化學性能，超聲波和微波技術(shù) 也被用于電極材料合成中，對材料的摻雜

14、改性更是眾 多研究者關(guān)心的熱點。最近，關(guān)于一維納米結(jié)構(gòu)材料LiV3O8。也成功合成。雖取得了不少進展，圍繞鋰離子電池正極材料LiV 3O8的各種改進工作仍吸引著人們濃厚的興趣。采用水熱法制備了具有納米結(jié)構(gòu)的LiV 3O8。，國外已有用該法合成鋰電池正極材料引氧化物或復合氧化物的報道，但合成的材料均具有一維結(jié)構(gòu)。樣品LiV308。具有較好的電化學可逆性，這說 明Li的嵌入與脫出過程中材料的結(jié)構(gòu)變形不大，不會導致結(jié)構(gòu)坍塌，而阻塞 “的脫嵌，損害材料的可逆性。隨著水熱反應溫度的升高，樣品的電荷轉(zhuǎn)移電阻R。也隨之減小這也與上面的充放電結(jié)果相一致，隨著水熱溫度的升高，首次放電容量也依次增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻越小，越有利于Li的可逆脫嵌。物在 1 . 8-3. 8 V范圍內(nèi)，首次放 電比容量達 290 mA h/g, 30周充放電循環(huán)后仍有 200 mA h/g以上的容量，具有良好的電化學可逆性。LiV3O8作為鋰離子電池正極材料。具有比容量高、價格低等優(yōu)點，在近二十年受