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锂离子电池爆炸原理、充放电过程

   次浏览   新能源Leader   2020-03-05

锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。随着新能源汽车等下游产业不断发展,锂离子电池的生产规模正在不断扩大。今天咱们通过一个动画来简单的了解一些锂离子电池工作原理:

充电过程

一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。

正极上发生的反应为:


负极上发生的反应为:


电池放电过程

放电有恒流放电恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。

动画来描述一下这两个过程:

充电开始↓


充电前锂离子嵌在正极材料的层状结构中↓


开始充电后,正极材料失去电子,锂离子从正极材料中脱嵌而出↓


锂离子通过电解液和隔膜,到达负极石墨材料↓


锂离子嵌入石墨层中,同时电子通过外电路到达负极,形成相对稳定的嵌锂石墨↓


继续充电中,正极材料持续失去电子,锂离子也持续脱嵌,直至充电完成↓


电动汽车行驶过程中,锂离子电池开始放电↓


电子从负极材料离开,通过外电路流向正极,失去电子的锂离子也从石墨层间脱嵌而出↓


从负极脱嵌后的锂离子再次通过电解液及隔膜回到正极材料,结合通过外部电路到达正极的电子,形成比较稳定的嵌锂正极材料↓


好了,以上就是充放电过程中锂离子的微观运动。




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