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锂子电池的工作原理以及正极材料的特点解析

2023-12-05   点击量:99

锂子电池的工作原理


锂子电池的工作原理较为简单,放电时,负极材料中会脱离出部分锂离子,进入到电解质溶液中,而在电解质中会有等量的锂离子嵌入到正极材料中,在外电路中,相同的时间里,电子会从负极流向正极,对用负载进行供电,供应能量。锂离子电池还可以进行可逆的充电过程,这发生在正负极上有电流或外电压加载时。


锂离子电池正极材料的特点


在锂离子电池的首次提出以及问世后,有关正极材料的研究就一直进行着,各种成本低,性能好的新型正极材料都被广泛研究和探讨,作为锂离子电池的正极材料,其必须满足的几点要求分别是:①容易合成且成本较低;②对环境污染性较小;③在与电解质接触时有较强的稳定性;④需具有较强的导电能力;⑤当锂离子在电解质中传递时,在正极材料的嵌入和脱出时要能够快速的与锂离子发生反应;⑥必须能与锂离子发生可逆的化学反应;⑦必须能够发生氧化还原反应,含有过渡金属元素。满足上述要求后,有关新型正极材料的设计还要考虑的一点是嵌入式电池体系的动力学性能和热力学性能。而有关正极材料的形貌和结构也是设计时要考虑的因素。


材料颗粒的直径大小、密度、形貌以及分布对电池正极的动力学有很大的影响,在电池的稳定性、电化学性能上均扮演着重要的角色,例如,球形晶粒团聚会形成单一的尖晶石球形晶粒,这会加强电池的循环性能,颗粒直径较小可以使化学反应更加迅速,这是因为离子和电子在材料中的扩散路径会随着颗粒直径减小而缩短,但过小的颗粒尺寸也是有相应的缺点的,例如较低的振实密度会造成能量密度过低,热稳定性较差,当电解质中发生反应时,反应活性会降低。在不断研究分析中,各类的合成办法会合成不同尺寸的材料颗粒,适宜的颗粒尺寸和形貌会使锂离子电池的性能更加优越。


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钜大特种电池工程研究院

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