問(wèn)

三元鋰電池的工作原理是什么?

三元鋰電池的工作原理基于鋰離子在正負(fù)極之間的可逆移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。充電時(shí),鋰離子從正極脫嵌,經(jīng)電解質(zhì)移向負(fù)極,電子則從正極流出經(jīng)外電路至負(fù)極,負(fù)極富鋰而正極貧鋰;放電時(shí),鋰離子從負(fù)極脫嵌,通過(guò)電解質(zhì)向正極移動(dòng),電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流向正極形成電流。如此循環(huán)往復(fù),讓電池持續(xù)發(fā)揮充放電的功能 。

具體來(lái)說(shuō),三元鋰電池一般由外殼、絕緣材料、安全閥、正/負(fù)極引線(xiàn)、正極、電解質(zhì)、隔膜、負(fù)極等部件構(gòu)成。在電池充電進(jìn)程中,Li+從正極脫離,同時(shí)釋放一個(gè)電子,使得Ni2+/3+被氧化為Ni4+ 。之后,Li+經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入碳負(fù)極,而電子的補(bǔ)償電荷從外電路轉(zhuǎn)移到負(fù)極,以此維持電荷平衡。

當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時(shí),電子從負(fù)極出發(fā),流經(jīng)外電路最終到達(dá)正極。在電池內(nèi)部,Li+朝著正極遷移,嵌入到層狀三元正極材料內(nèi)部,并從外電路獲取一個(gè)電子,此時(shí)三元材料中的Ni4+又還原為Ni2+/3+ 。需要留意的是,在電池充放電循環(huán)期間,三元材料中的Mn元素通常不參與反應(yīng)。不過(guò),要是在充電過(guò)程中脫鋰量較大且截止電壓較高(>4.4V vs Li/Li+)時(shí),Co元素會(huì)參與電荷補(bǔ)償,進(jìn)而出現(xiàn)Co3+氧化為Co4+的現(xiàn)象。

以鎳鈷錳酸鋰為正極材料、石墨為負(fù)極材料為例,充電時(shí)正極反應(yīng)為L(zhǎng)i(NiCoMn)O2 → Li1-x(NiCoMn)O2 + xLi+ + xe-,負(fù)極反應(yīng)為nC + xLi+ + xe- → LixCn,電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i (NiCoMn) O2 + nC → Li1-x (NiCoMn) O2 + LixCn;放電時(shí)正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1-x(NiCoMn)O2 + xLi+ + xe- → Li(NiCoMn)O2,負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)ixCn → nC + xLi+ + xe-,電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i1-x (NiCoMn) O2 + LixCn → Li (NiCoMn) O2 + nC。正是這些化學(xué)反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移,構(gòu)成了電池充放電的核心機(jī)制。通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移和化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化,讓三元鋰電池能夠持續(xù)穩(wěn)定地為設(shè)備提供電力支持 。

特別聲明:本內(nèi)容來(lái)自用戶(hù)發(fā)表,不代表太平洋汽車(chē)的觀(guān)點(diǎn)和立場(chǎng)。

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