生產(chǎn)管理-鋰離子電池工作原理

會計實操文庫3/3生產(chǎn)管理-鋰離子電池工作原理一、充放電過程概述鋰離子電池的工作過程主要包括充電和放電兩個階段，本質(zhì)上是鋰離子在正、負極之間的嵌入與脫嵌過程，同時伴隨著電子在外部電路的定向移動。二、充電過程正極反應(yīng)：當對鋰離子電池充電時，外接電源提供能量。在正極，過渡金屬氧化物（以鈷酸鋰LiCoO?為例）中的鋰離子（Li?）會從晶格中脫離出來，發(fā)生氧化反應(yīng)。鈷酸鋰中的鈷（Co）元素化合價升高，釋放出電子，電子通過外電路流向負極，而鋰離子則通過電解液向負極遷移。其電極反應(yīng)式為：LiCoO??Li???CoO?+xLi?+xe?。在這個過程中，隨著鋰離子的脫出，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定變化，但仍保持相對穩(wěn)定。負極反應(yīng)：鋰離子通過電解液到達負極，嵌入到負極材料（如石墨）的層狀結(jié)構(gòu)中。石墨具有特殊的層狀晶格結(jié)構(gòu)，能夠容納鋰離子。鋰離子嵌入時，石墨中的碳原子會與鋰離子結(jié)合形成鋰碳層間化合物Li?C?。與此同時，從正極經(jīng)外電路流過來的電子也到達負極，與嵌入的鋰離子結(jié)合，完成電荷平衡。負極反應(yīng)式為：xLi?+xe?+6C?Li?C?。隨著充電進行，越來越多的鋰離子嵌入負極，電池儲存的電能增加，電壓逐漸升高。三、放電過程負極反應(yīng)：當電池處于放電狀態(tài)，為外部負載供電時，過程與充電相反。在負極，嵌入在石墨層間的鋰離子（Li?）從鋰碳層間化合物Li?C?中脫嵌出來，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生電子。電子通過外電路流向正極，為負載提供電能，而鋰離子則通過電解液向正極遷移。負極反應(yīng)式為：Li?C??xLi?+xe?+6C。隨著鋰離子的不斷脫嵌，負極材料的電位逐漸升高。正極反應(yīng)：鋰離子通過電解液遷移到正極后，重新嵌入到正極材料（如鈷酸鋰LiCoO?）的晶格中。與此同時，從負極經(jīng)外電路流過來的電子也到達正極，與嵌入的鋰離子以及正極材料中的過渡金屬氧化物發(fā)生還原反應(yīng)。鈷酸鋰中的鈷（Co）元素化合價降低，電極反應(yīng)式為：Li???CoO?+xLi?+xe??LiCoO?。隨著放電進行，鋰離子不斷從負極脫嵌并嵌入正極，電池電壓逐漸降低，儲存的電能逐漸釋放出來。四、隔膜與電解液的作用隔膜：隔膜在鋰離子電池中起著至關(guān)重要的隔離作用，它將正、負極分隔開，防止正、負極直接接觸而發(fā)生短路。同時，隔膜具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，允許鋰離子通過，為鋰離子在正、負極之間的遷移提供通道。常見的隔膜材料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烴類隔膜，其孔隙率、厚度等性能直接影響鋰離子的傳輸效率和電池的安全性能。例如，孔隙率過高可能導致電池短路風險增加，孔隙率過低則會阻礙鋰離子遷移，增大電池內(nèi)阻。電解液：電解液是鋰離子傳輸?shù)妮d體，在電池內(nèi)部傳導鋰離子。它由溶劑、溶質(zhì)和添加劑組成，常用溶劑如碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）等，溶質(zhì)一般為六氟磷酸鋰（LiPF?）。在充放電過程中，鋰離子在電解液中以溶劑化離子的形式遷移，電解液的電導率、黏度等性質(zhì)對鋰離子的遷移速率有重要影響。電導率高有利于鋰離子快速傳輸，降