化学电池的原理与工艺分析.doc

化学电池的原理与工艺 目 录 第一章 电化学系统与化学电源 1.1 电化学反应系统 1.2 电化学基础知识 1.3 电池的性能参数 第二章 各类化学电源简介 2.1 历史 2.2 化学电源的分类 2.3 各类化学电源简介 2.4 各类二次电池的特性之比较 第三章 聚合物锂离子电池及材料 3.1 聚合物锂离子电池简介 3.2 正极材料的结构和性能 3.3 负极材料的结构和性能 3.4 电解液 3.5 锂离子电池用粘接剂 3.6 聚合物锂离子电池用增塑剂 3.7 隔离膜 3.8 碳负极上的SEI膜 第四章 聚合物锂离子电池的设计实例 4.1 活性物质的容量密度 4.2 容量平衡 4.3 xxx电芯413462D的一次试验过程 4.4 xxx电芯413462D的此次试验的性能 第五章 xxx聚合物锂离子电池的制造工序 第六章 xxxx聚合物锂离子电池性能检测 6.1 充放电制式 6.2 性能测试 6.3 贮存测试 6.4 机械性能试验 6.5 安全性测 第一章 电化学系统与化学电源 1.1 电化学反应系统 电化学反应包含电极与反应物质之间的电子交换过程。虽然在普通化学反应中也有的有电子转移，但在电极成为电子交换的对象这一点上，电化学反应与普通化学反应不同。为了进行电化学反应，还需要一些“装置”。本节举例介绍电化学反应的特征、电化学体系的构成，以及电化学反应的装置。 氢气和氧气混合点火将发生爆炸性反应。这是因为在生成水的同时放出大量的热的缘故。其反应式如下： 2H2+O2 = 2H2O 放热237.2J（H2O） (1.1) 如果稍微仔细分析，反应过程可分成如下两步： 2H2 = 4H+ + 4e- (1.2) O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O (1.3) 氢放出电子后变成质子，即氢被氧化。另一方面，氧接受电子与质子反应生成水，即氧被还原。氧化反应与还原反应同时急剧地进行。 若使上述的氢的反应和氧的反应各自在控制下进行。那么，以电子为中介，就能使反应式（1.2）和式（1.3）中的反应各自进行。为使电子成为中介，应当使用金属之类的导电物质。也就是使反应式（1.2）中的氢在氧化反应时放出的电子进入金属，再让电子参与反应式（1.3）中的还原反应。 如图1.1所示，用导线连接两个铂网，放入盛满硫酸溶液（0.5mol/LH2SO4）的玻璃容器中，两个铂网间加上电子绝缘的隔离膜以防止氢与氧的直接接触。分别向铂网外的气罩中通入氢气和氧气。于是，在左侧的气罩中氢被氧化，反应式（1.2）所示反应产生的电子进入左侧的铂网，再通过外回路到达右侧气罩中的铂网，硫酸溶液中含有H+，溶液得以进行反应式（1.3）所示反应，氧被还原。同时左侧的气罩中氢被氧化生成H+，通过扩散不断流向右侧气罩，结果，反应式（1.1）所示总反应得以完成。 如果使氢气和氧气混合使其反应，会产生大量的热。然而，如图1.1所示，让电子通过外回路移动，氧化反应与还原反应分别在各自的场所进行时，已经看不到大量的热放出。取而代之的是，在外回路中装上灯泡，灯泡会被点亮；接上电阻丝，电阻丝会放出热量。外回路中的电子流动，便是可以利用的电能。即在反应式（1.1）的反应中放出的化学能转换成电能。这样的反应称为电化学氧化和电化学还原。 图1.1中的反应就是燃料电池的反应，其中铂起氧化反应与还原反应的电催化剂的作用。图（1.2）所示为此反应中电子及离子的传递情况。 上述反应中，进行电化学氧化和电化学还原反应的场所称为电极，其中发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极；同时又依电势的高低，将电极分为正、负极，电势高的为正极，电势低的为负极。从而在上述电池装置中，正极为阴极，负极为阳极。在电化学中，上述的氢气被称为负极活性物质（或阳极活性物质），氧气被称为正极活性物质（或阴极活性物质）。 从上我们可总结出一化学原电池所需具有的条件： 正极（或阴极） 含有正极活性物质（或阴极活性物质），反应需催化的要加催化剂，同时如电子导电性不好（非金属电极），还需要加上金属的电子集流体，粉料一般还需粘结剂 负极（或阳极） 含有负极活性物质（或阳极活性物质），反应需催化的要加催化剂，同时如电子导电性不好（非金属电极），还需要加上金属的电子集流体，粉料一般还需粘结剂 隔离膜 隔离正、负电极，需电子绝缘离子可通过且不会参加电极反应 电解液 有电化学反应所需的正离子或负离子，较好的导电率 外电子导体回路 导通电子 外壳 保护 同时反应各自可以在控制下进行！ 1.2 电化学基础知识 对于一化学电池，我们首先关心的是它能放出的能量，电能=UIt=