锂离子电池的化学解析

锂离子电池涉及到哪些化学领域？~

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。现在锂电池已经成为了主流。化学风险 – 锂电池的电解液有强烈的腐蚀性，电池热失控时会释放出有毒气体，带来化学风险！

1、铅酸电池：
Pb（负极）+
PbO2（正极）+
2H2SO4
=
2PbSO4+2H2O（放电反应)
逆反应为放电反应
2、锂离子电池
锂离子电池比较复杂，有不同材料作正负极具体反应是不同的，比如有用锂钴氧化物作正极材料，此时负极可为锂片，或者碳。
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池.最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2,该反应为氧化还原反应,放电.
　　正极上发生的反应为：LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+XLi++Xe(电子)
　　负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe====LixC6
　　电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6

负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C
大体分为以下几种：
第一种是碳负极材料：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。
第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，没有商业化产品。
第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，没有商业化产品。
第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。
第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。 电池涂碳铝箔(导电涂层）
涂碳铝箔在锂离子电池应用中的优势
1、抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；
2、降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；
3、提高一致性，增加电池的循环寿命；
4、提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；
5、保护集流体不被电解液腐蚀；
6、改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。 涂碳铝箔/铜箔的性能优势
1.显著提高电池组使用一致性，大幅降低电池组成本。如：
明显降低电芯动态内阻增幅 ；　　提高电池组的压差一致性 ；　　延长电池组寿命 ；　　大幅降低电池组成本。
2.提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本。如：
改善使用水性体系的正极材料和集电极的附着力；　　改善纳米级或亚微米级的正极材料和集电极的附着力；　　改善钛酸锂或其他高容量负极材料和集电极的附着力；　　提高极片制成合格率,降低极片制造成本。
涂碳铝箔与光箔的电池极片粘附力测试图
使用涂碳铝箔后极片粘附力由原来10gf提高到60gf（用3M胶带或百格刀法），粘附力显著提高。
3.减小极化，提高倍率和克容量，提升电池性能。如：
部分降低活性材料中粘接剂的比例，提高克容量；　　改善活性物质和集流体之间的电接触；　　减少极化，提高功率性能。
不同铝箔的电池倍率性能图
其中C-AL为涂碳铝箔，E-AL为蚀刻铝箔，U-AL为光铝箔
4.保护集流体，延长电池使用寿命。如：
防止集流极腐蚀、氧化；　　提高集流极表面张力，增强集流极的易涂覆性能；　　可替代成本较高的蚀刻箔或用更薄的箔材替代原有的标准箔材。
不同铝箔的电池循环曲线图（200周）
其中（1）为光铝箔，（2）为蚀刻铝箔，（3）为涂碳铝箔

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南和县15549595060： 锂离子电池的充放电的化学式? - ？
象儿艾欣：[答案] 在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态.Li-ion就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑.所以Li-ion又叫摇椅式电池. 它的化学反应式如下: 正极上发生的反应为 LiCoO2=充电=...

南和县15549595060： 锂离子电池的电化学表达式是什么 - ？
象儿艾欣：[答案] 对于最常见的钴酸锂正极、石墨负极的锂离子电池来说,电化学表达式为: (-)C6|1mol•L-1LiPF6EC+DEC|LiCoO2(+) 负极 电解液 正极 材料不同,换个就是了

南和县15549595060： 锂离子电池充放电过程中正负极的化学反应是怎么样的? - ？
象儿艾欣：[答案] 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负极材料:多采用石墨.新的研究发现钛酸盐可能是更好...

南和县15549595060： 锂电池是什么化学反应物与锂产生反应? - ？
象儿艾欣： 锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳.常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极...

南和县15549595060： 锂电池放电时的化学方程式是( ) - ？
象儿艾欣： 在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态.Li-ion就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑.所以Li-ion又叫摇椅式电池. 负:Li-e=Li+ 失电子,发生氧化反应,化合价生高,被氧化. 正;2(H+)+2e=H2 得电子,发生还原反应,化合价降低,被还原. 原电池属于氧化还原反应,高中课本上有原理 它的化学反应式如下: 正极上发生的反应为 LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)负极上发生的反应为 6C+XLi++Xe=====LixC6

南和县15549595060： 详细描述锂离子电池化学原理 - ？
象儿艾欣： LiFePO4电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移.锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的.精锐..

南和县15549595060： 锂离子电池的原理是什么?它的正负极和电解液都是什么? - ？
象儿艾欣： 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳.常见 的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离 子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中.放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新 和正极的化合物结合.锂离子的移动产生了电流.这是手机的锂电池原理

南和县15549595060： 市场上经常见到的标记为Li - ion的电池称为“锂离子电池”.它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子... - ？
象儿艾欣：[选项] A. 放电时,负极的电极反应式:Li-e-=Li+ B. 充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C. 该电池不能用水溶液作为电解质 D. 放电过程中Li+向负极移动

南和县15549595060： 锂离子电池的构造是怎么样的?充放电时发生什么化学反应? - ？
象儿艾欣： 锂离子电池的正极材料是氧化钴锂,负极是碳. 锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理.当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极.而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高. 同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极.

南和县15549595060： 锂离子电池充放电过程中正负极的化学反应是怎么样的? - ？
象儿艾欣： 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负极材料:多采用石墨.新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料. 负极反应:放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入. 充电时:xLi + xe + 6C → LixC6 放电时:LixC6 → xLi + xe + 6C