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1、铅蓄电池由哪几部分组成 2、铅蓄电池内部分为几个单格？一格的静止电动势约为多少？ 3、正、负极板上的活性物质各是什么？ 4、铅蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，孔盖上通气孔，其作用？ 5、蓄电池放电终了特征？放电时两极板上生成什么物质，电解液有何变化？ 6、蓄电池充电终了特征？充电时两极板上各生成什么物质？电解液有何变化？ 蓄电池的结构 第四节 锂离子电池 锂离子电池的工作原理 锂离子电池正极材料：几种材料的性能对比 固体电解质层SEI：形成原因和作用 电解液：有机溶剂的混合使用 聚合物电解质：工作原理 一、概述 锂离子电池的定义 指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系 锂离子电池的工作原理 过充电：通常指电压高于4.2v以上。一般高于4.35v会严重损伤电池性能。从分子层面看，可以直观的理解，过度充电将把太多的锂原子硬塞进负极碳结构里去，当没有足够的石墨分子来“存放”锂原子时，锂原子将在负极石墨表面结晶，即“析锂”现象；当枝晶越长越大时，可能刺穿隔膜导致短路。 过放电：通常指电压低于3.0v。一般低于2.0v会严重损伤电池性能。过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷。同时，当电池电压低于铜的氧化电位时，铜箔将会溶解进入电解液，并在正极片上面结晶析出，即“析铜”现象。 过电流充（大倍率）放电：可能会严重损伤电池，导致鼓胀，起火，爆炸等事故。 严重过充的可能后果: 1）：容量衰减快，电压衰减快； 2）：鼓胀，起火，爆炸。 严重过放的可能后果： 1）：容量衰减快，电压衰减快； 2）：鼓胀 锂离子电池的优点 二、正极材料 对锂离子正负极材料的要求： 具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证锂离子电池的循环寿命; 充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出，使电极具有较高的电化学容量; LiCoO2正极材料 锂离子电导率高，扩散系数10-9～10-7cm/s 充电上限电压4.3V，高于此电压基本结构会发生改变 制备方法 固相合成法 LiMn氧化物正极材料 Mn资源非常丰富、无毒、价廉; 锂锰氧化物是最有希望取代锂钴氧化物的正极活性物质 1. 尖晶石型LixMn2O4 立方结构 当1 x ≤2时，Mn离子主要以＋3价存在，将导致严重的Jahn-Teller效应(容量衰减) 在电解液中会逐渐溶解，发生Mn3+歧化反应；电解液在高压充电时不稳定，即Mn4+具有高氧化性 LiFe磷酸盐正极材料 LiMPO4（M=Mn、Fe、Co、Ni）正极材料中，以LiFePO4的研究最为突出 实际放电容量160mAh/g, 3C大电流下放电比容量 130 mAh/g, 其在原料来源、成本、环保和化学稳定性方面也都令人满意。 影响材料的最主要因素是LiFePO4室温下的低电导率 三、负极材料 碳负极材料：石墨 典型的石墨化负极材料有石墨化中间相微珠、天然石墨和石墨化碳纤维 理论容量372mAh/g，电位基本与金属锂接近. 不可逆容量低，首次充电效率高，且价格低廉。 固体电解质层(SEI) 对于所有的碳材料，在锂嵌入石墨层间时，电解质溶液中的有机溶剂和锂盐均可能从电极得到电子，发生还原反应，在电极表面形成对电子绝缘而对离子导电的固体电解质层(SEI). 其主要组成为Li2CO3、ROCO2Li. 当SEI层的厚度增加到能够阻止溶剂从电极上得到电子时，还原反应自行终止，相当于在电极表面形成了一层钝化膜 主要缺点是墨片面容易发生剥离，循环性能不是很理想，需要进行改性处理. 氧化物负极材料 无定形锡基复合氧化物：SnMxOy SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6 零应变材料 LiTi5O12 相对于金属锂的电位为1.5V，因而与4V的正极材料配对形成2.5V的电池. 可逆容量一般为150mAh/g. 锂的嵌入和脱嵌不会产生应变，循环寿命很好 四、电解液 对锂离子电池电解液的要求 锂离子电导率高。在一般稳定范围内，电导率要达到3×10-3～2×10-2S/cm。 电化学窗口大。即电化学性能在较宽的范围内不发生分解反应。 电解质的可用液态范围宽，在－40～70℃范围内均为液态。 热性能稳定，在较宽的范围内不发生分解反应。 有机溶剂 有机溶剂应当在相当低的电位下稳定或不与金属锂发生反应，因此必须是非质子溶剂； 极性高（也就是介电常数大），能溶解足够的锂盐（锂盐容易解离）；同时黏度低（离子移动速度快），从而使电导率高； 溶点低、沸点高，蒸汽压低，工作温度范围宽 但是上述几方面基本相互冲突,通常采用混合溶剂