鈦酸鋰電池和鋰離子電池的結構及工作原理

來源：存能電氣  日期：2019-06-26 10:50  瀏覽量：次

　　鈦酸鋰電池和鋰離子電池的結構及工作原理。鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。鋰電池工作原理充電時正極的Li+和電解液中的Li+向負極聚集,得到電子,被還原成Li鑲嵌在負極的碳素材料中。

　　鈦酸鋰電池的結構組成

　　正極：磷酸鐵鋰、錳酸鋰或三元材料、鎳錳酸鋰。

　　負極：鈦酸鋰材料。

　　隔膜：以碳作負極的鋰電池隔膜。

　　電解液：以碳作負極的鋰電池電解液。

　　電池殼：以碳作負極的鋰電池殼。

　　鈦酸鋰電池的工作原理

　　鈦酸鋰電池由正、負極板（正極活性物質為三元鋰，負極為鈦酸鋰）、隔膜、電解質、極耳、不銹鋼（鋁合金）外殼等組成。正負極板是電化學反應的區域，隔膜、電解質提供Li+的傳輸通道，極耳起到引導電流的作用。

　　電池充電時，Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面，從正極板材料中脫出，在電場力的作用下，進入電解液，穿過隔膜，再經電解液遷移到負極鈦酸鋰晶體的表面，然后嵌入負極鈦酸鋰尖晶石結構材料中。與此同時，電子流通過正極的鋁箔，經極耳、電池極柱、負載、負極極柱、負極耳流向負極的鋁箔電極，再經導電體流到鈦酸鋰負極，使電荷達至平衡。

　　電池放電時，Li+從鈦酸鋰尖晶石結構材料中脫嵌，進入電解液，穿過隔膜，再經電解質遷移到三元鋰晶體的表面，然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時，電子經導電體流向負極的鋁箔電極，經極耳、電池負極柱、負載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極，然后再經導電體流到三元鋰正極，使電荷達至平衡。

　　鈦酸鋰電池基本原理，就是在充、放電的過程中，對應的鋰離子在正負極之間來回的嵌脫，完成電池的充放電和向負載的供電。鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應、自放電率低、充放電迅速、循環壽命超長、工作環境溫度范圍寬、安全穩定綠色環保等特點,所以在通信電源領域具有非常廣泛的應用前景。

　　鋰離子電池的結構組成

　　鋰離子電池由正極鋰化合物、中間的電解質膜及負極碳組成。

　　當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。一般采用嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

　　做為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復合氧化物SnBxPyOz等。

　　電解質采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。

　　隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復合膜，采用PP/PE/PP三層隔膜優點是熔點較低，具有較高的抗穿刺強度，起到了過熱保險作用。外殼采用鋼或鋁材料，具有防爆的功能。

　　鋰離子電池工作原理

　　鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現代高性能電池的代表。

　　鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

　　以上就是鈦酸鋰電池和鋰離子電池的結構組成及工作原理，鋰離子電池主要由電極、電解液、隔離層和容器四個基本部分組成。鈦酸鋰電池由正、負極板(正極活性物質為三元鋰,負極為鈦酸鋰)、隔膜、電解質、極耳、不銹鋼(鋁合金)外殼等組成。