在锂离子电池中,锂离子(Li+)在正负极之间的移动过程是实现电池充放电的关键。这个过程涉及到电解质、正极材料和负极材料的相互作用,以及锂离子的嵌入和脱嵌反应。下面详细阐述这一过程:
放电过程负极(阳极)侧:
在放电开始时,负极通常是碳基材料(如石墨)或其他能够储存锂的材料。
锂离子(Li+)从负极材料的晶格中脱出,这个过程被称为“脱锂”。
脱出的锂离子进入电解质中,由于电解质是离子导电的,锂离子能够在其中自由移动。
同时,为了保持电荷平衡,负极上会有等量的电子通过外部电路流向正极。
电解质:
电解质是锂离子在正负极之间移动的媒介,它通常是液态的(如有机溶剂中的锂盐溶液)或固态的(如聚合物电解质)。
电解质的选择对电池的性能有重要影响,包括离子电导率、化学稳定性和安全性等。
正极(阴极)侧:
锂离子通过电解质迁移到正极,正极材料通常是能够嵌入锂离子的化合物,如钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)等。
在正极,锂离子嵌入到材料的晶格中,这个过程被称为“嵌锂”。
同时,从负极流出的电子通过外部电路到达正极,与正极材料中的锂离子结合,形成电中性。
充电过程充电过程是放电过程的逆过程:
正极侧:
在充电时,正极材料中的锂离子脱出,重新进入电解质中。
同时,正极释放电子,这些电子通过外部电路流向负极。
电解质:
锂离子在电解质中从正极迁移到负极。
负极侧:
锂离子在负极材料表面被接收并嵌入到其晶格中。
同时,从正极流来的电子通过外部电路到达负极,与嵌入的锂离子结合,形成电中性。
总结锂离子电池的充放电过程就是锂离子在正负极之间通过电解质进行嵌入和脱嵌的循环过程。这个过程中,电子通过外部电路流动,形成电流,从而实现了电能的储存和释放。