鋰離子電池工作的原理
鋰離子電池以含鋰的化合物作正極的鋰電池,在充放電過程中,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。在Li-ion Batteries的充放電過程中,鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。Li-ion Batteries就像一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象運動員一樣在來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電池。
當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容里越高。同樣,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回正極。回正極的鋰離子越多,放電容量越高。
一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,同時電池發(fā)熱也越大。而且,過大的電流充電,容量不夠滿,因為電池內(nèi)部的電化學反應(yīng)需要時間。就跟倒啤酒一樣,倒太快的話會產(chǎn)生泡沫,反而不滿。
對電池來說,正常使用就是放電的過程。鋰電池放電需要注意幾點:
第一,放電電流不能過大,過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱,有可能會造成永久性的損害。在手機上,這個倒是沒有問題的,可以不考慮。
第二,絕對不能過放電!鋰電池最怕過放電,一旦放電電壓低于2.7V,將可能導(dǎo)致電池報廢。好在手機電池內(nèi)部都已經(jīng)裝了保護電路,電壓還沒低到損壞電池的程度,保護電路就會起作用,停止放電。從圖上可以看出,電池放電電流越大,放電容量越小,電壓下降更快。
鋰離子電池以碳素材料為負極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中,鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。
正極反應(yīng):放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。
充電時:LiFePO2→Li1.xFePOa+XLit+xe
放電時:Li1xFePO2+XLit+xer→LiFePO4
負極反應(yīng):放電時鋰離子脫插,充電時鋰離子插入。
充電時:xLi++xer+6C→LixC6
放電時:LixC6→xLi++xe+6C