黔東南州西門子S7-200模塊代理商

時(shí)間：2023-04-20作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：36

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鋰電池作為可充電池，可以重復(fù)多次使用。它的應(yīng)用非常廣泛，如我們?nèi)粘Ｉ钪械氖謾C(jī)內(nèi)部電池、充電寶、電動車電池等。

那么，鋰電池地如何充放電的呢?在回答這個(gè)問題之前，我們有必要先了解鋰電池的結(jié)構(gòu)以及鋰的一些特性。

鋰電池只要由三部分組成，如下圖1-1所示，分別涂覆石墨的銅箔、涂覆鋰化合物的鋁箔和含有鋰的**鹽的電解質(zhì)。而鋰電池的充放電其實(shí)就是鋰離子與自由電子的往復(fù)移動。




圖1-1

不同金屬有不同的電化學(xué)勢，所謂電化學(xué)勢，簡單來說，就是金屬失去電子的趨勢，如下圖1-2所示給出的一些常見金屬的電化學(xué)勢，其中較容易失去電子的鋰被用于鋰離子電池。

顯然，鋰失去電子的傾向較高，而氟失去電子的傾向較小。這是因?yàn)殇嚨妮^外層只有一個(gè)電子，非常容易失去;而氟較外層有8個(gè)電子，非常穩(wěn)定(原子的較外層較多只能有8個(gè)電子，1個(gè)時(shí)較活躍，8個(gè)時(shí)較穩(wěn)定)。




圖1-2

純鋰是一種高活性金屬，放到水里直接沸騰，但鋰的金屬氧化物非常穩(wěn)定，若我們以某種方式從這種金屬氧化物中分離出一個(gè)鋰原子，這個(gè)鋰原子較不穩(wěn)定，會瞬間形成一個(gè)鋰離子和一個(gè)電子，如下圖1-3所示。




圖1-3

然而，正如上文所說，鋰作為金屬氧化物的一部分，處于金屬氧化物中比處于這種鋰原子游離的狀態(tài)要穩(wěn)定得多。所以，如果能為鋰和金屬氧化物之間的電子和鋰離子流動提供兩條不同的路徑，鋰原子會自動跑到金屬氧化物部分，這個(gè)電子的路徑就是外電路。

換言之，就像人一樣，相對于漂泊不定的日子，我們都喜歡穩(wěn)定的生活，鋰也是同理，若能夠依附其金屬氧化物達(dá)到一種穩(wěn)定的狀態(tài)，它必是不喜歡以鋰離子和電子的狀態(tài)存在的。所以我們用電場力把鋰從金屬氧化物中提出來，然后又給它的離子和電子提供不同路徑(撤去外電場)，如下圖1-4所示，它就會順勢回到氧化物中。




圖1-4

實(shí)際的鋰離子電池含有電解質(zhì)和石墨，如下圖1-5所示。其中石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，因此分離的鋰離子可以很容易地儲存在那里。石墨和金屬氧化物之間的電解質(zhì)起到保護(hù)作用，它只允許鋰離子通過，不允許電子通過。




圖1-5

當(dāng)外加電源(電場)時(shí)，由于異性相吸，電源的正極顯然會從金屬氧化物的鋰原子中吸引電子，并推動這些電子沿外部電路流通，并到達(dá)石墨層。注意，這些電子不能流過電解質(zhì)。

同時(shí)，帶正電的鋰離子也會被吸引到負(fù)極，并流過電解質(zhì)，到達(dá)石墨層。此時(shí)石墨層就含有大量的鋰離子和電子。其中這些離子和電子就是鋰原子，但因?yàn)殇囋硬环€(wěn)定，所以就以鋰離子和電子的形式存在。

一旦金屬氧化物中的所有鋰原子到達(dá)石墨層，電池就充滿電。

此時(shí)，鋰原子的不穩(wěn)定狀態(tài)就像山**的小球一樣，一旦移除電源，并連接負(fù)載，鋰原子就會作為金屬氧化物的一部分恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。由于這種想要趨于穩(wěn)定的趨勢，電子鋰通過負(fù)載回到氧化物，而鋰離子穿過電解質(zhì)回到氧化物，就像小球從山**滑下來一樣，最后鋰離子和電子結(jié)合形成鋰原子固定在其金屬氧化物中。




圖1-7

整個(gè)過程如圖1-7所示，注意，石墨在鋰離子電池的化學(xué)反應(yīng)中沒有發(fā)揮作用，它只是鋰離子的存儲介質(zhì)。

如果由于某些異常情況導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度升高，電解質(zhì)干涸，此時(shí)鋰離子和電子全部沿同一路徑跑向氧化物，相當(dāng)于陽極和陰極之間發(fā)生短路，這可能會導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。

為了避免以上這種情況，在電極之間放置了一層絕緣層，如下圖1-8所示，稱為隔板。由于其微孔，隔膜可滲透鋰離子，但電子不能通過.




圖1-8

在實(shí)際鋰電池中，石墨和金屬氧化物分別涂覆在銅箔和鋁箔上，箔在這里充當(dāng)集電器，并且可以很容易地從集電極中取出正極片和負(fù)極片，如下圖1-9所示。其中銅箔引出負(fù)極，鋁箔引出正極。




圖1-9

鋰的**鹽用作電解質(zhì)，并將其涂覆在隔板片上，所有這三塊板都圍繞一個(gè)*鋼芯纏繞在圓柱體上，從而使鋰電池較加緊湊。標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的電壓在3-4.2伏之間。







以上就是鋰離子電池的工作原理，顯然，它的充放電過程其實(shí)就是鋰離子和電子的往復(fù)運(yùn)動過程，充電時(shí)，給電池施加電源，讓鋰離子和電子沿不同路徑跑到石墨層，此時(shí)鋰原子很不穩(wěn)定;而放電就是給 電池施加負(fù)載，讓鋰離子和電子沿之前路徑跑到金屬氧化物側(cè)，此時(shí)鋰原子作為金屬氧化物的一部分比較穩(wěn)定。

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