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锂离子电池工作原理是怎么样的?

2022-05-14 04:04:24

简单来介绍一下锂离子电池工作原理,就是锂离子在正负极之间不断的往返,这样一个高度可逆的氧化还原反应系统,就形成了锂离子电池充放电的过程。


锂离子电池为例,我们都知道,电池的工作原理是充放电发生的时候,锂离子在电池的正极和负极间不断地来回跑动,电子沿着导线在外部跟着来回移动,从而实现电能和化学能互相转变的过程。


为什么掺硅补锂可以提升电池容量呢?这要从锂离子电池的工作原理说起。锂离子电池本质是浓差电池,又被称作“摇椅式电池”,锂离子在正负极材料之间来回跑,就是电池的充放电过程。充电的时候,锂离子从正极材料脱离,通过隔膜和电解质游到负极;放电的时候,锂离子从负极材料中脱离,通过隔膜和电解质游到正极。按照一个直观性理解,正负极材料里面能够容纳的锂离子越多,电池的容量就越大。


只要你高中化学课没有翘掉电化学这一课,你基本能理解以上的电池原理高中化学书上讲述的原电池用的是氢离子,原理和现在锂离子电池相同,只是把正负极材料、电解液换换,氢离子再换成锂离子罢了。


锂离子电池是指锂离子(符号为Li+)嵌入化合物为正、负极的二次电池,也就是我们常说的充电电池。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作,例如充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反,而这个过程主要是通过以下的组成部分来完成的。


过去,电池充电慢是由电池的物理特性决定的。根据电池充电的工作原理,锂离子从正极出发之后,会经过隔膜、电解液,达到负极,这一过程包括了脱出、迁移和嵌入三个步骤。如果单位时间迁移和嵌入的锂离子越多,充电速度也就越快。但问题就在于,无论嵌入还是迁移,锂离子的移动效率都极慢。


锂离子电池工作原理


废旧锂电池通过锂电池破碎回收设备进行分离再生,从而获取锂电池内部的内容物,塑料外壳与金属材料将被分离,进行下一步处理处理。正极活性物质包括锰酸锂、镍酸锂与钴酸锂;负极活性物质有软碳、硬碳与石墨;电解质盐可直接在电解液中溶解。将废弃的锂电池分离成我们所需的原材料,锂电池回收处理设备将原料用多刀破碎对原料进行破碎粉碎处理,由气流分选设施进行分离处理,并有脉冲除尘设施对分离过程中及后续过程中产生的粉尘收集。形成电池全生命周期绿色、高质的闭路循环系统,锂电池破碎回收设备主要用报废锂电池正负极片中的铝泊、铜泊与正负极材料进行分离处理,以便循环利用。


以上就是锂离子电池的工作原理,显然,它的充放电过程其实就是锂离子和电子的往复运动过程,充电时,给电池施加电源,让锂离子和电子沿不同路径跑到石墨层,此时锂原子很不稳定;而放电就是给电池施加负载,让锂离子和电子沿之前路径跑到金属氧化物侧,此时锂原子作为金属氧化物的一部分比较稳定。


上述的两种电池,虽然材料以及优缺点有所不同,但从微观的角度讲,两者的工作原理同样是锂离子在正负极之间来回迁移的过程。


以锂离子电池为例,电池的工作原理是锂离子在电池的阳极和阴极之间来回跑动,产生的化学能和电能互相转化的一个过程,能跑动的锂离子越多,电池越优秀,从这点上理解,电池续航能力下降是因为能跑动的锂离子越来越少了。

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