鋰離子電池工作原理是怎么樣的?
簡(jiǎn)單來(lái)介紹一下鋰離子電池工作原理,就是鋰離子在正負極之間不斷的往返,這樣一個(gè)高度可逆的氧化還原反應系統,就形成了鋰離子電池充放電的過(guò)程。
以鋰離子電池為例,我們都知道,電池的工作原理是充放電發(fā)生的時(shí)候,鋰離子在電池的正極和負極間不斷地來(lái)回跑動(dòng),電子沿著(zhù)導線(xiàn)在外部跟著(zhù)來(lái)回移動(dòng),從而實(shí)現電能和化學(xué)能互相轉變的過(guò)程。
為什么摻硅補鋰可以提升電池容量呢?這要從鋰離子電池的工作原理說(shuō)起。鋰離子電池本質(zhì)是濃差電池,又被稱(chēng)作“搖椅式電池”,鋰離子在正負極材料之間來(lái)回跑,就是電池的充放電過(guò)程。充電的時(shí)候,鋰離子從正極材料脫離,通過(guò)隔膜和電解質(zhì)游到負極;放電的時(shí)候,鋰離子從負極材料中脫離,通過(guò)隔膜和電解質(zhì)游到正極。按照一個(gè)直觀(guān)性理解,正負極材料里面能夠容納的鋰離子越多,電池的容量就越大。
只要你高中化學(xué)課沒(méi)有翹掉電化學(xué)這一課,你基本能理解以上的電池原理高中化學(xué)書(shū)上講述的原電池用的是氫離子,原理和現在鋰離子電池相同,只是把正負極材料、電解液換換,氫離子再換成鋰離子罷了。
鋰離子電池是指鋰離子(符號為L(cháng)i+)嵌入化合物為正、負極的二次電池,也就是我們常說(shuō)的充電電池。它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動(dòng)來(lái)工作,例如充電時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負極,負極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反,而這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)以下的組成部分來(lái)完成的。
過(guò)去,電池充電慢是由電池的物理特性決定的。根據電池充電的工作原理,鋰離子從正極出發(fā)之后,會(huì )經(jīng)過(guò)隔膜、電解液,達到負極,這一過(guò)程包括了脫出、遷移和嵌入三個(gè)步驟。如果單位時(shí)間遷移和嵌入的鋰離子越多,充電速度也就越快。但問(wèn)題就在于,無(wú)論嵌入還是遷移,鋰離子的移動(dòng)效率都極慢。
廢舊鋰電池通過(guò)鋰電池破碎回收設備進(jìn)行分離再生,從而獲取鋰電池內部的內容物,塑料外殼與金屬材料將被分離,進(jìn)行下一步處理處理。正極活性物質(zhì)包括錳酸鋰、鎳酸鋰與鈷酸鋰;負極活性物質(zhì)有軟碳、硬碳與石墨;電解質(zhì)鹽可直接在電解液中溶解。將廢棄的鋰電池分離成我們所需的原材料,鋰電池回收處理設備將原料用多刀破碎對原料進(jìn)行破碎粉碎處理,由氣流分選設施進(jìn)行分離處理,并有脈沖除塵設施對分離過(guò)程中及后續過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵收集。形成電池全生命周期綠色、高質(zhì)的閉路循環(huán)系統,鋰電池破碎回收設備主要用報廢鋰電池正負極片中的鋁泊、銅泊與正負極材料進(jìn)行分離處理,以便循環(huán)利用。
以上就是鋰離子電池的工作原理,顯然,它的充放電過(guò)程其實(shí)就是鋰離子和電子的往復運動(dòng)過(guò)程,充電時(shí),給電池施加電源,讓鋰離子和電子沿不同路徑跑到石墨層,此時(shí)鋰原子很不穩定;而放電就是給電池施加負載,讓鋰離子和電子沿之前路徑跑到金屬氧化物側,此時(shí)鋰原子作為金屬氧化物的一部分比較穩定。
上述的兩種電池,雖然材料以及優(yōu)缺點(diǎn)有所不同,但從微觀(guān)的角度講,兩者的工作原理同樣是鋰離子在正負極之間來(lái)回遷移的過(guò)程。
以鋰離子電池為例,電池的工作原理是鋰離子在電池的陽(yáng)極和陰極之間來(lái)回跑動(dòng),產(chǎn)生的化學(xué)能和電能互相轉化的一個(gè)過(guò)程,能跑動(dòng)的鋰離子越多,電池越優(yōu)秀,從這點(diǎn)上理解,電池續航能力下降是因為能跑動(dòng)的鋰離子越來(lái)越少了。
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