电池原理简介1.docVIP

电池原理 基础知识 电池的分类 原子离子、氧化、还原反应 原子是用化学方法不能分开的最小的构成物质的基本单位。原子核和电子构成。原子核内有中子和质子，质子带正电，电子带负电，中子不带电。如下图：因质子与电子的数目一样多，所以原子为中性。 离子：（分为正离子或负离子），由失去或得到电子的原子或原子团构成，如Si+，SO4-.( )； ) 氧化反应：（如上图）失去电子为氧化反应； 还原反应：（如上图）得到电子（e）为还原反应。 再看锂原子的电子分布（1S22S1），2S1层是半充满，使其轨道中的电子极易失去而发生氧化反应，这样锂的化学性质就非常活泼，而在自然界中不能以单质存在。 同时，锂失去/得到电子的过程中，有电子的转移同时伴随能量的转移，对锂来说，得到电子为贮存能量，失去电子为放出能量。 电池的基本原理和构成 由于锂的化学性质，它很适合做电池材料，用锂做电池的原理如下： 对于我们日常生活所利用的能量方式有热能、动能、电能等。我们电能的方式是通过导线让电子流经电能的路径，所以我们是以图3的方式来利用Li做电子式。图3就是最早锂电池原理图，图3的电池有很多缺点，例如：Li金属太活泼，要在氩气保护下才能操作，制成电池，而且制成的电池安全性不好，改进的方法就是在电池制备过程中，不能用金属锂。阴极用能存贮Li+ 物质，如石墨，Al等。石墨结构如下图： 这样电池就变成如图5的结构： 以上就是锂电池工作的基本原理。 下面，我们就讲怎样把以上的原理做成可以实用的商品化的电池。 阳/阴极制备： 目标：制成膜，粘在集流体上 难点：石墨（用于阳极）LiCoO2用于阴极都是粉末状物体，不能成膜。所以阴阳极膜制备如下： 材料 用途 石墨/LiCoO2 活性材料 粘接剂 把活性材料等粘在一起，使于新膜 碳墨 导电 增塑剂 点空 丙酮 溶解粘接剂，把以上物料制浆料成膜 集流体的制备： 集流体是金属（Al/ Cu）不能与膜片（阴/阳极膜）很好的粘接，所以在集流上也要加粘接剂和碳墨，并用Acetone制浆料，处理集流体。 隔离膜的制备： 如果我们按照图6的方式利用电池，电子在导线内和用电器中流动，电池内部以离子导电方式导电。 如果阴/阳极直接接触，就构成电子通路，造成短路，所以要在阴/阳极间加上隔离膜。 萃取和加电解液： 如图7电池结构图，已经保证了电子在外线路流动，阴/阳极没有短路，但是没有构成Li+ 电池内运动的良好环境，没有Li+ 运动的介质。 在电池内要加入电解液，主要成份有机溶剂（EC,DMC,DEC等），Li盐（LiPF6）。 为了能让电池容纳足够量的电解液，要用萃取的方式，把增塑剂（DBP）萃取出来，在膜片上形成孔洞，作为电解液存放和Li+的通道。 化成（Formation） 化成是电池的初使化，因为在Li+第一次充电时，Li+ 第一次插入到石墨中，会在电池内发生电化学反应。即第一次充电时，会形成SEI层，（SOLID ELECTROLYTE INTERFACE），SEI Layer包在石墨层外部，让Li+顺利地插入石墨中，但不让电子通过，而SEI Layer的形成是EC+Li+e LiR+CO2，其形成一定要有电子参加，所以当SEI Layer足够厚时，反应停止，SEI Layer对电池电性有重要影响。所以电池Formation的流程非常重要。 电池性能的几个重要参数： 容量：Capacity （单位： mAh）是电池存贮能量能力的参数。 阻抗：Impedance (单位： mΩ)是电池内部阻抗的重要参数。 循环寿命：(Cycle Life)： 是电池使用寿命的参数。 Rate：在不同电流下能有放出的能量。 容量Capacity 电池存贮能量能力的参数。 16