鉅大LARGE | 點擊量:238次 | 2024年01月03日
簡述鋰電池基本工作原理和結構
電池的基本原理:正極發生還原反應,得電子;負極發生氧化反應,失電子。電子經過負載,由負極流向正極,形成方向從正極到負極的電流。
1個(+1)價鋰離子<------(1-x)個(+1/(1-x))價鋰離子+x個(+1)價鋰離子+x個電子
令x=0.5,得:
1個(+1)價鋰離子<------0.5個(+2)價鋰離子+0.5個(+1)價鋰離子+0.5個電子
兩邊乘以2,得:
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2個(+1)價鋰離子<------1個(+2)價鋰離子+1個(+1)價鋰離子+1個電子
再簡化:
1個(+1)價鋰離子<------1個(+2)價鋰離子+1個電子
這個公式其實是描述整體反應,而不是描述單個個體反應的。用簡單的話來說就是:
正極的(+1/(1-x))價(其中,0
負極的鋰原子失去電子,被氧化為(+1)價鋰離子,電子從負極流入負載回路,鋰離子通過電解質流向正極;
又回到電池基本原理了吧。正極的核心是(+1/(1-x))價鋰離子,負極核心是鋰原子,兩者反應生成(+1)價鋰原子,氧化還原反應中的電子流動形成電流。
在現實中制作電池時,總要物質來承載正極的鋰離子和負極的鋰原子,就好像貨物總是要貨架的。那么鋰離子的貨架就是鈷酸根離子,與鋰離子共同構成正極;負極的鋰原子則由帶孔石墨等材料構成,不至于反應后,把負極反應沒了。正極和負極之間是電解質和隔膜,既用于鋰離子流動,也用于隔離正負極,防止內部短路。
為何要講鋰離子電池的基本工作原理和結構?后面談鋰離子電池充電、放電截至電壓和過充、過放的危害時會用到。
鋰離子電池特性
用戶最關心的鋰離子電池的特性是電容量,比如常說的2000mAh,指的是在鋰離子電池在正常工作情況下所能放出的電荷數。我們看一份鋰離子電池的規格說明書:
這塊電池比較重要的幾個參數:
容量:2500mAh
充電截止電壓:4.2V
放電截止電壓:2.5V
最大充電電流:4000mA
最大放電電流:20000mA
總之都是圍繞電池容量和充放電來考慮的。電池容量取決于負極能放出多少電子以及正極能吸收多少電子。
為何會有充電截止電壓呢,換句話來說,過壓充電后會有什么問題?在前面描述鋰離子電池結構時提到,負極是由石墨和鋰原子組成的,其實鋰并不是以原子形態存在的,而是以鋰離子形態和石墨共存的。過壓充電后,鋰離子會析出為晶體狀鋰,無法參與充放電,導致電池容量減少。
為何會有放電截至電壓呢,換句話說,放電過度后會有什么問題?過度放電后,負極中的鋰離子大量流向正極,導致石墨空虛,部分區域發生坍塌,無法再存放鋰離子,也會導致電池容量減少。
具體到一個鋰離子電池,它的容量在不同放電電流和溫度下也是不同的,且隨充放電周期數增多而減少。
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