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2020/12/12
基本原理之氧化还原反应
➢ 定义
氧化还原反应涉及到氧化反应和还原反应两个方面，同时伴随着电子的转 移如：
Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4 氧化反应失电子
还原反应得电子
➢ 半反应，任何氧化还原反应都存在两个半反应.
氧化反应失电子如: 2H2 -4e = 4H+ 还原反应得电子如: O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 氧化还原反应必须同时存在，不能单独存在。
正极、负极、电解液
隔离膜、引线、外包装
➢ 电池的能量
电池能量=化学势差*电量 化学势差---决定于正负极材料的化 学势
电量---决定于正负极能移动电子总 量
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锂离子电池的选择和诞生
电池能量=化学势差*电量
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1990年,Sony公 司推出
锂离子电池的工作原理
➢ 推演过程
1mAh=1*10^-3A*3600S=3.6C 1mol 电子电量是多少mAh? 96500C/mol/3.6C=26.8mAh 正负材料分子量为M（g/mol)，由此可知该材料1mol 能转移多少电子。 计算公为：26800/M= ？mAh/g LiCoO2? LiFePO4 ?LiMn2O4 ?Li4Ti5O12 ?Li Ni Co MnO2?
锂离子电池基础知识介绍
Department : R&D Prepared by : Stony Wang Date: Jun. 7th 2014
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纲要
➢ 锂离子电池基础知识介绍
基本工作原理 正负极材料理论克容量的基本计算 常见的正负极材料 电解液 隔离膜
➢ 3C电池的相关要求 ➢ 面临的一些挑战 ➢ 致谢
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锂离子电池负极材料
负极材料
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商品化的碳负极
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碳负极表面的SEI
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负极石墨的充放电曲线
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电解液
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添加剂
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锂离子电池、镍氢和镍隔电池的比较
技术参数
镍-镉电池
工作电压(V)
1.2
质量比能量(Wh/kg) 50
充放电循环/次
500
自放电率(%/月) 25~30
记忆效应
有
对环境的影响
镉,严重污染
安全性
高
镍氢电池 1.2 65 500 30~35 无 无污染 中
液态锂离子电池 聚合物锂离子电池
3.7
3.7
100~160
120~170
300~1000
＞1000
6~9
3
无
无
无污染
无污染
中
中
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常用正极材料
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其它正极材料
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钴酸锂材料的充放电曲线
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REC主要阴极材料
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“Rocking chair battery”
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正负极材料理论克容量的基本计算
➢ 几个重要的物理化学常数
NA=6.022*10^23个e/mol e=1.602176×10-19 C F=NA*e=6.022*10^23*1.602176×10-19=96500C/mol
隔离膜
➢ 作用
➢ 防止阴阳极接触，造成短路
➢ 关心的参数
➢ 强度 孔隙率、电解液的浸润性等
➢ 常用隔离膜的形貌
三层膜
单层膜
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3C电池的相关要求
➢ GB18287-2000 ➢ IEC62133 ➢ JIS C 8714 ➢ UL ➢ UN38.3 ➢ IEEE-1725
详细要求请参见相关标准
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面临的一些挑战
➢ 安全问题
过充的安全 内部短路的控制 电池热稳定性
➢ 能量密度问题
越高越好，目前受正负极材料的限制短期很难有大的突破
➢ 成本问题
越低越好
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谢谢大家，欢迎提问!
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化学电池的工作原理
➢ 化学反应=>化学电池---受控化学反应
第一步: 2H2 = 4H+ + 4e 第二步: O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
➢ 电荷为什么会移动?
化学势差
水会自动从高处往 低处流
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化学电池之能量与要素
➢ 主要素有: