鋰離子二次電池是一種廣泛應(yīng)用于可充電設(shè)備中的電池技術(shù),具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。它由鋰離子在正負(fù)極之間的遷移來實(shí)現(xiàn)充放電過程。本文將以工作原理和電極反應(yīng)式為重點(diǎn),介紹鋰離子二次電池的原理和關(guān)鍵反應(yīng)。
1.鋰離子二次電池的工作原理
鋰離子二次電池的工作原理基于正負(fù)極材料中鋰離子的嵌入和脫出過程。電池的正極通常由鋰離子化合物(如LiCoO2)構(gòu)成,負(fù)極則采用碳材料(如石墨)。在充電狀態(tài)下,鋰離子從正極通過電解液中的離子傳導(dǎo)劑(通常是有機(jī)溶劑)遷移到負(fù)極,并在負(fù)極的碳材料中嵌入。同時(shí),電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),形成鋰離子并釋放電子。在放電狀態(tài)下,鋰離子從負(fù)極脫出并回到正極,完成電池的放電過程。
2.鋰離子二次電池電極反應(yīng)式
2.1 正極反應(yīng)式:
LiCoO2 ? Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
在充電過程中,鋰離子由正極的LiCoO2嵌入到Li1-xCoO2中,并釋放出x個(gè)鋰離子和xe-個(gè)電子。反應(yīng)式的箭頭表示可逆反應(yīng),表明鋰離子的嵌入/脫出是可逆的。
2.2 負(fù)極反應(yīng)式:
xLi+ + xe- + C6 ? LixC6
負(fù)極由石墨等碳材料構(gòu)成,在充電狀態(tài)下,鋰離子和電子結(jié)合于碳材料中形成LixC6化合物。而在放電狀態(tài)下,鋰離子從LixC6中脫出并回到負(fù)極。
這兩個(gè)反應(yīng)式描述了鋰離子在正負(fù)極之間的遷移和嵌入/脫出過程,使鋰離子二次電池可以進(jìn)行可靠的充放電循環(huán)。
鋰離子二次電池的工作原理和電極反應(yīng)式為其在可充電設(shè)備中的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過精心設(shè)計(jì)正負(fù)極材料和電解液,優(yōu)化電池的性能和循環(huán)壽命,鋰離子二次電池已成為移動(dòng)電話、筆記本電腦、電動(dòng)車等設(shè)備的常用電源。不斷的研發(fā)和改進(jìn)也為其在能源儲(chǔ)存領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多可能性。