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锂电池新材料工作原理

2021-12-15 16:14:08

锂金属电池:

锂电池基本原理

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应:Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池:

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为电池正极材料、石墨为电池负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为:LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为:6C+xLi++xe- = LixC6

充电电池总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

电池正极材料,电池负极材料,锂合金金属

正极

正极材料:可选的正极材料很多,目前市场常见的正极活性材料如下表所示:

正极材料

化学成分

标称电压

结构

能量密度

循环寿命

成本

安全性

钴酸锂(LCO)

LiCoO2

3.7 V

层状

锰酸锂(LMO)

Li2Mn2O4

3.6V

尖晶石

镍酸锂(LNO)

LiNiO2

3.6V

层状

磷酸铁锂(LFP)

LiFePO4

3.2 V

橄榄石

镍钴铝三元(NCA)

LiNixCoyAl(1-x-y)O2

3.6V

层状

镍钴锰三元(NCM)

LiNixCoyMn(1-x-y)O2

3.6V

层状


正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。 充电时:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放电时:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

负极

负极材料:多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。

充电时:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时:LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

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