第7章 锂电池 2012.pptVIP

Chapter 7 Lithium Batteries 7.1 概述 以金属锂为负极材料的化学电源系列的统称。 锂电池具有如下特点： 1. 工作电压高：一般都在3V以上 锂的标准氢标电位-3.405V。 2. 比能量高：一般都在200Wh/kg以上; 锂是最轻的金属，电化当量3.86Ah/g。 3. 工作温度范围宽：一般在-40~50℃。 4. 密封性能好：锂不能与水接触。 5. 贮存寿命长：一般5~10年。 存在的问题 1 电压滞后（voltage delay）：锂表面在贮存时表面形成致密的钝化膜。 2 安全问题：使用不当时会发生爆炸。 3 制造工艺要求严格：无水环境操作。 4 有的电解液体系导电性差，不能大电流工作。 防止锂电池爆炸的措施： 1.电池内安装透气片 2.电池内安装保险丝 3.隔膜上镀一层石蜡状材料 锂电池的分类 按电解质的性质： 有机电解质电池 无机电解质电池 固体电解质电池 锂熔盐电池 按照锂电池的工作方式： 锂一次电池 锂二次电池 锂激活式电池 7.2 锂电池的组成 7.2.1 负极 高纯度 制备方式：片式、涂膏式、电镀式 7.2.2 正极物质 要求： 是能与锂电极匹配，可以提供较高电压的 物质。正极物质应有较高要求是能与锂电 极匹配，可以提供较高电压的物质。  7.2.3 电解液 有机电解液和非水无机电解液 一、有机电解质溶液 1. 对有机溶剂的要求： （1）有机溶剂对锂电极应是惰性的。 不含有活泼氢原子 （有机酸、醇、醛、、酮、胺酰胺等有机溶剂）。 （2）有机溶剂应具有较高的介电常数及较小的粘度 （p142 表8-5）。 （3）有机溶剂的沸点高，熔点低。 （4）不同性能的有机溶剂进行搭配组成混合溶剂 （p142 表8-5）。 2. 对有机电解质中溶质的要求： （1）要求溶质与电极活性物质不起化学反应； 在较宽的电势 范围内比较稳定；在电池放电时不与两极发生电化学反应。 （2）在有机溶剂中溶解度高，容易离解。 阴离子基团体积要大，因为无机盐的晶格能与阴阳离子半径成反比。 （3）溶液的浓度在比电导较高处 （4）除去杂质 二、无机非水电解质溶液 LiAlCl4的SOCl2（亚硫酰氯）溶液， LiAlCl4的SO2Cl2（硫酰氯）溶液。 无机溶剂既是溶剂，又充当正极活性物质 三、其它电解质 固体电解质 熔融盐 Li/MnO2电池 (-) Li | LiClO4 – PC + DME(1:1) | MnO2 (+) 电池反应： (-) Li – e Li+ (+)MnO2 + Li+ +e MnOOLi Li + MnO2 MnOOLi 电池开路电压3.5V， 平均工作电压2.7~2.8V。 MnO2价格低，无污染。 电池型号种类多 Li/MnO2电池结构 Li/SOCl2电池 典型的无机电解质锂电池。 (-) Li | LiAlCl4 – SOCl2 | C (+) SOCl2既是正极活性物质，又是电解质的溶剂。 (-) 4Li – 4e 4Li+ (+) 2SOCl2 + 4e SO2 + S + 4Cl- 总反应：4Li + 2SOCl2 4LiCl + SO2 + S 是电化学性能最好的锂一次电池。 电压滞后和安全问题突出 Li/I2电池 (-) Li | LiI | I2(P2VP) (+) P2VP为聚-2-乙烯基吡啶。 固体电解质（LiI）电池，以微安级放电，寿命长，可靠性好。用于心脏起搏器。 正极活性物质I2(固态)与P2VP混合为高粘度的体系—准固态体系。 (-) 2Li - 2e 2Li+ (+) P2VPnI2 + 2e P2VP(n-1)I2 + 2I- 总反应：2Li + P2VPnI2 2LiI + P2VP(n-1)I2 圆柱形Li-SOCl2电池 思考题 1. 锂电池对电解质溶液有什么要求？ 2. 为什么锂电池使用过程中存在安全问题？解 决办法？ 3. Li-SOCl2电池的工作原理？为什么Li-SOCl2电池存在电压滞后和安全问题？如何解决？ 4 . Li/I2电池的特征？ (威海） (威海） (威海） (威海） (威海） (威海） SO2、SOCl2，（CFx）n，CuO，MnO2等 常温固体电解质电池 使用时，直接删除本页！ 精品课