電化學(xué)原理讀書報(bào)告

1、鋰電池鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的一次電池， 與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。鋰電池的發(fā)明者是 愛迪生。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著二十世紀(jì)末 微電子技術(shù) 的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。鋰電池（Lithium battery ）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚 合物）的電池。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含

2、有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。電池化學(xué)反應(yīng)原理鋰金屬電池鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2 ,該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。正極上發(fā)生的反應(yīng)為LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+XLi+Xe（ 電子）負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+XLi+Xe=LixC6電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6鋰離子電池正極正極材料：可選的正極材料很多，目前主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對(duì)昭八、LICQQ23.7 14DnmGLi2Mn20d40 VIDO mAWg：LIF BPO433

3、VI DO fTWWLi2F產(chǎn) CMF3HflV115正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。充電時(shí)：LiFePO4 - Li1 -xFePO4+ xLi+ + xe-放電日Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- - LiFePO4負(fù)極負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫插，充電時(shí)鋰離子插入。 充電時(shí)：xLi+ + xe- + 6C - LixC6放電日L: LixC6 xLi+ + xe- + 6C最早得以應(yīng)用于心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低， 放電電壓平緩。使得起植入人體的搏器能夠長期運(yùn)作而不用重新充電。鋰電池一般有高于 3.

4、0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作 集成電路電源。二氧化鎰電池，就廣泛用于計(jì)算器，數(shù)位相機(jī)、手表中。一1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的行動(dòng)電話、筆記本、計(jì)算器等攜帶型電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時(shí)間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與饃鎘電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。鋰電池通常分兩大類：鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化鎰為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、 使用非水電解質(zhì)的電池。鋰金屬電池的能量密度高， 理論上能達(dá)到3860瓦/公斤。但是由于其性質(zhì)不

5、夠穩(wěn)定而且 不能充電，所以無法作為反復(fù)使用的動(dòng)力電池。而鋰離子電池由于具有反復(fù)充電的能力，被作為主要的動(dòng)力電池發(fā)展。 但因?yàn)槠渑浜喜煌脑兀?組成的正極材料在各方面性能差異 很大，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)正極材料路線的紛爭加大。通常我們說得最多的動(dòng)力電池主要有磷酸鐵鋰電池、鎰酸鋰電池、鉆酸鋰電池以及三元鋰電池（三元饃鉆鎰）。鋰電池負(fù)極材料大體分為以下幾種：第一種是碳負(fù)極材料：目前已經(jīng)實(shí)際用于 鋰離子電池 的負(fù)極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。第二種是錫基負(fù)極材料：錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價(jià)態(tài)金屬錫的 氧化物。

6、目前沒有商業(yè)化產(chǎn)品。第三種是含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料，目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。第四種是合金類負(fù)極材料：包括錫基合金、硅基合金、錯(cuò)基合金、鋁基合金、睇基合金、鎂基合金和其它合金，目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。第五種是納米級(jí)負(fù)極材料：納米碳管、納米合金材料。第六種納米材料 是納米氧化物材料：目前合肥翔正化學(xué)科技有限公司根據(jù)2009年鋰電池新能源行業(yè)的市場發(fā)展最新動(dòng)向，諸多公司已經(jīng)開始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統(tǒng)的石墨，錫氧化物，納米碳管里面，極大的提高鋰電池的沖放電量和充放電次數(shù)。導(dǎo)電涂層導(dǎo)電涂層也稱為預(yù)涂層，在鋰電池行業(yè)內(nèi)通常指涂覆于正極集流體一一鋁箔表面的一層導(dǎo)電涂層，涂覆導(dǎo)電涂層的鋁箔稱

7、為預(yù)涂層鋁箔或簡稱涂層鋁箔，其最早在電池中的實(shí)驗(yàn)可以追溯到70年代，而近幾年隨著新能源行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰電池的發(fā)展而風(fēng)生水起，成 為業(yè)內(nèi)大受歡迎的新技術(shù)或 新材料。性能導(dǎo)電涂層在鋰電池中能夠有效提高極片附著力，減少粘結(jié)劑的使用量，同時(shí)對(duì)于電池的電性能也有顯著提升。.接觸電阻下降40%.膠黏劑用量降低50%.同倍率下，電池電壓平臺(tái)提升20%.材料與集流體附著力提高 30% ,經(jīng)過長期循環(huán)不會(huì)有脫層現(xiàn)象。一、鋰電池外殼特性鋰，原子序數(shù)3,原子量6.941 ,是最輕的堿金屬元素。為了提升安全性及電壓，科學(xué)家們發(fā)明了用石墨及鉆酸鋰等材料來儲(chǔ)存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了納米等級(jí)的 細(xì)小儲(chǔ)存格子

8、，可用來儲(chǔ)存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼破裂，氧氣進(jìn)入，也會(huì)因氧 分子太大，進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格，使得鋰原子不會(huì)與氧氣接觸而避免爆炸。鋰離子電池的這種原理，使得 人們?cè)讷@得它高容量密度的同時(shí)， 也達(dá)到安全的目的。 鋰 離子電池充電時(shí)，正極的鋰原子會(huì)喪失電子， 氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負(fù)極去， 進(jìn)入負(fù) 極的儲(chǔ)存格，并獲得一個(gè)電子，還原為鋰原子。放電時(shí)，整個(gè)程序倒過來。為了防 止電池的正負(fù)極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會(huì)再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險(xiǎn)發(fā)生。鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和方型

9、。電池內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負(fù)極問間隔而成。正極包括由鉆酸鋰（或鍥鉆鈕酸鋰、鈕酸鋰、磷酸亞鐵鋰等）箔組成的電流收集極。負(fù)極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。 電池 內(nèi)充有有機(jī)電解質(zhì)溶液。另外還裝有安全閥和 PTC比件（部分圓柱式使用），以 便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時(shí)保護(hù)電池不受損壞。單節(jié)鋰電池的電壓為3.7V （磷酸亞鐵鋰正極的為3.2V）,電池容量也不可能 無限大，因此，常常將單節(jié)鋰電池進(jìn)行用、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。研究與發(fā)展前景鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、 火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，郵電通訊的 不間斷電源，以及

10、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng) 域。鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開始試用，預(yù)計(jì)將成為 21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗唬⒃谌嗽煨l(wèi)星、 航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動(dòng)了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。超級(jí)鋰電池剛研發(fā)出來的超級(jí)鋰電池能在短時(shí)間迅速充電完成，例如手機(jī)充電一般20秒，這種電池有可能加大電池未來的使用領(lǐng)域，例如使用在電動(dòng)汽車上，使中途充電如加油一般方

11、便。優(yōu)點(diǎn)：1.能量比較高。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到 460-600Wh/kg ,是鉛酸電 池的約6-7倍；.使用壽命長，使用壽命可達(dá)到 6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池 1C （100%DOD ） 充放電，有可以使用 10,000次的記錄；.額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V）,約等于3只饃鎘或饃氫 充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；.具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速；.自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到饃氫電池的1/20 ;.重量輕，相同體積下重量約為鉛

12、酸產(chǎn)品的1/6-1/5 ;.高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20 C -60 C的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45 C 環(huán)境下使用；.綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有 害重金屬元素和物質(zhì)。.生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用 Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時(shí)；kg是千克（重量單位），L是升（體積單位）。缺點(diǎn).鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。.鉆酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差。.鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過充過放電。4.生產(chǎn)要求條件高，成

13、本高。鋰電池納米級(jí)的研究：1大的放電比容量；2好的倍率充放電性能；3較好的循環(huán)穩(wěn)定性；4低廉的原材料等。層狀化合物L(fēng)iV3O 8具有優(yōu)良的嵌鋰能力， 作為鋰離子電池正極材料具有比容量高、價(jià)格便宜、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。LiV3O8電化學(xué)性能，如比容量 、循環(huán)性能等受不同制備 方法的影響。高溫 固相合成。由于燒結(jié)過程中鋰和V 2O5的揮發(fā)很難準(zhǔn)確控制反應(yīng)物的量，另外產(chǎn)物的均一性差、充放電容量和循環(huán)性能不令人滿意。液相合成法不需高溫，方法簡單，產(chǎn)物均一性好 ，但反應(yīng)周期較長，合成產(chǎn)物的放電容量也還有進(jìn)一步提高的空間。為改善LiV 3O8電化學(xué)性能，超聲波和微波技術(shù) 也被用于電極材料合成中，對(duì)材料的摻雜

14、改性更是眾 多研究者關(guān)心的熱點(diǎn)。最近，關(guān)于一維納米結(jié)構(gòu)材料LiV3O8。也成功合成。雖取得了不少進(jìn)展，圍繞鋰離子電池正極材料LiV 3O8的各種改進(jìn)工作仍吸引著人們濃厚的興趣。采用水熱法制備了具有納米結(jié)構(gòu)的LiV 3O8。，國外已有用該法合成鋰電池正極材料引氧化物或復(fù)合氧化物的報(bào)道，但合成的材料均具有一維結(jié)構(gòu)。樣品LiV308。具有較好的電化學(xué)可逆性，這說 明Li的嵌入與脫出過程中材料的結(jié)構(gòu)變形不大，不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌，而阻塞 “的脫嵌，損害材料的可逆性。隨著水熱反應(yīng)溫度的升高，樣品的電荷轉(zhuǎn)移電阻R。也隨之減小這也與上面的充放電結(jié)果相一致，隨著水熱溫度的升高，首次放電容量也依次增大，電荷轉(zhuǎn)移電阻越小，越有利于Li的可逆脫嵌。物在 1 . 8-3. 8 V范圍內(nèi)，首次放 電比容量達(dá) 290 mA h/g, 30周充放電循環(huán)后仍有 200 mA h/g以上的容量，具有良好的電化學(xué)可逆性。LiV3O8作為鋰離子電池正極材料。具有比容量高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在近二十年受