鉅大LARGE | 點擊量:1039次 | 2020年09月22日
鋰離子電池的工作原理是什么?它有什么優(yōu)勢
我們把電池稱為化學電源,它是一個能量轉(zhuǎn)換的裝置,放電時,電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?;充電時則是將電能轉(zhuǎn)變成化學能儲存起來。當電池的正、負極用電子導體連接上并加上負載時,電流就會在負載上通過。只要正負極參加反應的物質(zhì)不斷進行反應,則電池不斷有電流輸出,直到反應物質(zhì)反應完畢為止。
我們以上面這個最簡單的電池模型進行分析,電池的活性物質(zhì)是銅和鋅,在空間上是分隔開的,當電路是斷開的時候,鋅電極和銅電極分別與硫酸鋅溶液、硫酸銅溶液相接觸。當鋅電極與電解質(zhì)ZnSO4接觸時,金屬鋅會自發(fā)的失去兩個電子,于是變成鋅離子進入溶液中,鋅電極上的Zn2+離子進入溶液后,將電子留在金屬上,使鋅帶負電荷。帶負電后,它將吸引溶液中的正電荷,在鋅棒和溶液之間出現(xiàn)電位差,這個電位差阻止Zn2+繼續(xù)轉(zhuǎn)入溶液,同時促使Zn2+返回鋅極,于是形成這樣一個動態(tài)平衡。但總體上,鋅電極是帶負電的。
同樣的在銅電極,銅離子很容易得到電子,得到的電子正是從銅電極中獲得,因此銅這個電極會帶上正電,并且也存在動態(tài)平衡。
鋅電極帶負電,銅電極帶正電,因此在它們之間就會形成電勢差,也就形成了電壓,于是鋅電極這邊的電子就會流向銅電極,于是就出現(xiàn)了電流,有電子的流動后,兩邊的平衡狀態(tài)就會受到破壞,于是鋅會不斷失去電子而電離,銅離子會不斷得到電子。于是就有源源不斷的電流。一個電池就形成了。
當電池進行充電時,則整個過程相反。鋰離子電池的原理和這個近似,只是失去電子的是鋰金屬,那么,現(xiàn)代社會我們?yōu)楹斡钟玫戒囯x子電池,卻不同鋁電池或者鐵電池呢?這些金屬不是更加容易得到嗎,成本也就更加低。其實,重要是鋰離子電池相關于其它金屬制成的電池具有很多獨特的優(yōu)勢。
鋰離子電池的優(yōu)勢:比能量高,鋰離子電池的能量與質(zhì)量之比可達到120~200Wh/kg,在目前的蓄電池中是最高的。由于金屬鋰是質(zhì)量非常輕,同樣的質(zhì)量下,所帶的電荷最多。放電電壓高,放電電壓一般在3.2V~4.2V以上。自放電低,在正常存放情況下,鋰離子電池的月自放電率僅為5%左右。
循環(huán)壽命長,無記憶效應,普通鋰二次電池在100%的放電深度下,充放電可達500次以上。如磷酸鐵鋰離子電池和鈦酸鋰離子電池為負極的電池循環(huán)壽命分別超過2000次和5000次。充電效率高,電池循環(huán)充放電過程中能量轉(zhuǎn)換效率可達90%以上。