鋰子電池的工作原理

鋰子電池的工作原理較為簡(jiǎn)單，放電時(shí)，負(fù)極材料中會(huì)脫離出部分鋰離子，進(jìn)入到電解質(zhì)溶液中，而在電解質(zhì)中會(huì)有等量的鋰離子嵌入到正極材料中，在外電路中，相同的時(shí)間里，電子會(huì)從負(fù)極流向正極，對(duì)用負(fù)載進(jìn)行供電，供應(yīng)能量。鋰離子電池還可以進(jìn)行可逆的充電過(guò)程，這發(fā)生在正負(fù)極上有電流或外電壓加載時(shí)。

鋰離子電池正極材料的特點(diǎn)

在鋰離子電池的首次提出以及問(wèn)世后，關(guān)于正極材料的研究就一直進(jìn)行著，各種成本低，性能好的新型正極材料都被廣泛研究和探討，作為鋰離子電池的正極材料，其必須滿足的幾點(diǎn)要求分別是：①容易合成且成本較低；②對(duì)環(huán)境污染性較小；③在與電解質(zhì)接觸時(shí)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性；④需具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力；⑤當(dāng)鋰離子在電解質(zhì)中傳遞時(shí)，在正極材料的嵌入和脫出時(shí)要能夠快速的與鋰離子發(fā)生反應(yīng)；⑥必須能與鋰離子發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)；⑦必須能夠發(fā)生氧化還原反應(yīng)，含有過(guò)渡金屬元素。滿足上述要求后，關(guān)于新型正極材料的設(shè)計(jì)還要考慮的一點(diǎn)是嵌入式電池體系的動(dòng)力學(xué)性能和熱力學(xué)性能。而關(guān)于正極材料的形貌和結(jié)構(gòu)也是設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素。

材料顆粒的直徑大小、密度、形貌以及分布對(duì)電池正極的動(dòng)力學(xué)有很大的影響，在電池的穩(wěn)定性、電化學(xué)性能上均扮演著重要的角色，例如，球形晶粒團(tuán)聚會(huì)形成單一的尖晶石球形晶粒，這會(huì)加強(qiáng)電池的循環(huán)性能，顆粒直徑較小可以使化學(xué)反應(yīng)更加迅速，這是因?yàn)殡x子和電子在材料中的擴(kuò)散路徑會(huì)隨著顆粒直徑減小而縮短，但過(guò)小的顆粒尺寸也是有相應(yīng)的缺點(diǎn)的，例如較低的振實(shí)密度會(huì)造成能量密度過(guò)低，熱穩(wěn)定性較差，當(dāng)電解質(zhì)中發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)活性會(huì)降低。在不斷研究分析中，各類的合成方法會(huì)合成不同尺寸的材料顆粒，合適的顆粒尺寸和形貌會(huì)使鋰離子電池的性能更加優(yōu)越。