電池材料(關(guān)于電池的知識(shí))

1.關(guān)于電池的知識(shí)

傳統(tǒng)電池指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽(yáng)能電池。 [編輯本段]電池簡(jiǎn)介 電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢(shì)取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢(shì)降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。

電池的能量?jī)?chǔ)存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時(shí)作單位，它也是電池的一個(gè)性能參數(shù)。電池的容量與電極物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，即與電極的體積有關(guān)。

實(shí)用的化學(xué)電池可以分成兩個(gè)基本類型：原電池與蓄電池[1]。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進(jìn)行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。

2.蓄電池的基礎(chǔ)知識(shí)

蓄電池[3]是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來，在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用22~28%的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充蒸餾水，使電解質(zhì)保持含有22~28%的稀硫酸。

放電時(shí)，電極反應(yīng)為：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O

負(fù)極反應(yīng)： Pb + SO42- - 2e- = PbSO4

總反應(yīng)： PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O （向右反應(yīng)是放電，向左反應(yīng)是充電）

3.電池知識(shí)

電池（Battery）指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。

具有正極、負(fù)極之分。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。

如太陽(yáng)能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。

利用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，充放電操作簡(jiǎn)便易行，不受外界氣候和溫度的影響，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會(huì)生活中的各個(gè)方面發(fā)揮有很大作用。

4.請(qǐng)教一下有關(guān)電池的一些知識(shí)

電池的分類有不同的方法其分類方法大體上可分為三大類

第一類：按電解液種類劃分包括：堿性電池，電解質(zhì)主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池，如：堿性鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性電池）、鎘鎳電池、氫鎳電池等；酸性電池，主要以硫酸水溶液為介質(zhì)，如鉛酸蓄電池；中性電池，以鹽溶液為介質(zhì)，如鋅錳干電池（有的消費(fèi)者也稱之為酸性電池）、海水激活電池等；有機(jī)電解液電池，主要以有機(jī)溶液為介質(zhì)的電池，如鋰電池、鋰離子電池待。

第二類：按工作性質(zhì)和貯存方式劃分包括：一次電池，又稱原電池，即不能再充電的電池，如鋅錳干電池、鋰原電池等；二次電池，即可充電電池，如氫鎳電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等；蓄電池習(xí)慣上指鉛酸蓄電池，也是二次電池；燃料電池，即活性材料在電池工作時(shí)才連續(xù)不斷地 從外部加入電池，如氫氧燃料電池等；貯備電池，即電池貯存時(shí)不直接接觸電解液，直到電池使用時(shí)，才加入電解液，如鎂-氯化銀電池又稱海水激活電池等。

第三類：按電池所用正、負(fù)有為材料劃分包括：鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等；鎳系列電池，如鎘鎳電池、氫鎳電池等；鉛系列電池，如鉛酸電池等；鋰系列電池、鋰鎂電池；二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、堿錳電池等；空氣（氧氣）系列電池，如鋅空電池等

5.鋰電原理知識(shí)

鋰電池原理

鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳.常見的正極材料主要成分為 LiCoO2 ，充電時(shí)，加在電池兩極的電勢(shì)迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中.放電時(shí)，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合.鋰離子的移動(dòng)產(chǎn)生了電流.

化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡(jiǎn)單，然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實(shí)際問題要多得多：正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性，負(fù)極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級(jí)去設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子；填充在正負(fù)極之間的電解液，除了保持穩(wěn)定，還需要具有良好導(dǎo)電性，減小電池內(nèi)阻.

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種反應(yīng).但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì)下降，其原因是復(fù)雜而多樣的.主要是正負(fù)極材料本身的變化，從分子層面來看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸塌陷、堵塞；從化學(xué)角度來看，是正負(fù)極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物.物理上還會(huì)出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動(dòng)的鋰離子數(shù)目.

過度充電和過度放電，將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來.這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因.

不適合的溫度，將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑.在電池升溫到一定的情況下，復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常.

而深充放能提升鋰離子電池的實(shí)際容量嗎？專家明確地告訴我，這是沒有意義的.他們甚至說，所謂使用前三次全充放的“激活”也同樣沒有什么必要.然而為什么很多人深充放以后 Battery Information 里標(biāo)示容量會(huì)發(fā)生改變呢 ？ 后面將會(huì)提到.

鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片.其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度、ID 、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值.這些數(shù)值在使用中會(huì)逐漸變化.我個(gè)人認(rèn)為，使用說明中的“使用一個(gè)月左右應(yīng)該全充放一次”的做法主要的作用應(yīng)該就是修正這些寄存器里不當(dāng)?shù)闹?，使得電池的充電控制和?biāo)稱容量吻合電池的實(shí)際情況.

充電控制芯片主要控制電池的充電過程.鋰離子電池的充電過程分為兩個(gè)階段，恒流快充階段（電池指示燈呈黃色時(shí)）和恒壓電流遞減階段 （ 電池指示燈呈綠色閃爍.恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會(huì)過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到 0 ，而最終完成充電.

電量統(tǒng)計(jì)芯片通過記錄放電曲線（電壓，電流，時(shí)間）可以抽樣計(jì)算出電池的電量，這就是我們?cè)?Battery Information 里讀到的 wh. 值.而鋰離子電池在多次使用后，放電曲線是會(huì)改變的，如果芯片一直沒有機(jī)會(huì)再次讀出完整的一個(gè)放電曲線，其計(jì)算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的.所以我們需要深充放來校準(zhǔn)電池的芯片.

6.充電電池所用材料有什么

鉛酸蓄電池正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛，極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛，電解液為一定濃度的硫酸溶液，極板間的電動(dòng)勢(shì)約2V. 鎳鎘電池正極板上的活性物為氧化鎳粉，負(fù)極板上的活性物質(zhì)為氧化鎘粉，活性物質(zhì)分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負(fù)極板。

電解液通常用氫氧鉀溶液.電池的開路電壓為1.2V. 鎳金屬氫電池正極板材料為氧化鎳粉，負(fù)極板材料為吸氫合金，電解液氫氧鉀溶液。，電池的開路電壓為1.2V.鋰離子電池用LiCoO2復(fù)合金屬氧化物在鋁板上形成陽(yáng)極，用鋰碳化合物在銅板形成陰極，極板間有亞微米級(jí)微孔的聚烯烴薄膜隔板，電解液為有機(jī)溶劑.開路電壓為3.6V. 鋰聚合物電是鋰離子電池的改良型，沒有電池液，改用聚合物電解質(zhì)，比離子電池穩(wěn)定.開路電壓3.6V.。

7.電池的原理以及自制電池的方法和材料

自制電池簡(jiǎn)介： 利用氧化還原反應(yīng)裝置成一個(gè)電池，并且使 call 機(jī)發(fā)生聲響。

實(shí)驗(yàn)步驟： 1。 取約25公分的鎂帶，折成三折并疊成約8公分長(zhǎng)，然后用約20公分的銅線纏于上頭。

2。 用一透明玻璃紙做成容器狀，用橡皮圈綁住上頭（不用綁緊，只要束著就好），然后插入一根約30公分的銅線，插入的一端最好先把它折成環(huán)狀以防刺破玻璃紙，如圖一所示。

3。 將50mL硫酸銅溶液加入100mL的燒杯內(nèi)，將250mL硫酸鉀溶液加入500mL的燒杯內(nèi)。

4。 把步驟3。

50mL的硫酸銅溶液倒入做好的玻璃紙袋內(nèi)，并將它置于另一個(gè)500mL的燒杯中，然后將步驟 1 之鎂帶也放入燒杯中，如圖二所示。 5。

然后將步驟3。250mL的硫酸鉀溶液徐徐倒入500mL的燒杯中（注1），如圖三所示。

6。 將call機(jī)接上，立即有嗶嗶叫的聲音（注2），如圖四所示。

注1。 不可將綁有鎂帶的銅線浸到硫酸鉀的溶液中，進(jìn)行步驟5之前，須事先讓同學(xué)聽聽已裝1。

5V電池的BBcal叫的聲音大小及響了幾聲，以作為比較之用。 注2。

正負(fù)極接錯(cuò)，聲音不會(huì)響。溶液和器材： 1。

0。5M的硫酸銅溶液：約6。

3g硫酸銅（CuSO4·5H2O，）晶體溶于50mL的水中。 2。

0。 5M的硫酸鉀溶液：約21。

8g硫酸鉀（K2SO4）固體溶于250mL的水中）。 3。

銅線一條（約30公分長(zhǎng)）。 4。

玻璃紙一張（約625平方公分）。 5。

銅線一條（約20公分長(zhǎng)）。 6。

鎂帶（約25公分長(zhǎng)）。 7。

100mL的燒杯一個(gè)。 8。

500mL的燒杯2個(gè)。 9。

橡皮圈一條。 10。

BBcall機(jī)一只。 原理和概念： 1。

本實(shí)驗(yàn)的半反應(yīng)式分別為： Mg(s) → Mg2 (aq) 2e- Cu2 (aq) 2e- → Cu(s) 全反應(yīng)式為： Mg(aq) Cu2 → Mg2 Cu(s) 2。 電化電池的陽(yáng)極：發(fā)生氧化，電子流出，氧化電位大者（還原電位小者）。

電化電池的陰極：發(fā)生還原，電子流入，還原電位大者（氧化電位小者）。 3。

氧化電位：失去電子的傾向，以伏特為單位表示；氧化電位愈大，表示失去電子的傾向愈大。 還原電位：獲得電子的傾向，以伏特為單位表示；還原電位愈大，表示獲得電子的傾向愈大。

4。 鹽橋的功用：使電流暢通，讓陰陽(yáng)離子能夠流通，保持電中性，防止任一個(gè)半電池積存凈電荷。

鹽橋的組成：為鹽類的飽和溶液，且不與兩半電池之溶液發(fā)生反應(yīng)者。 本實(shí)驗(yàn)系利用玻璃紙當(dāng)作半透膜，可讓陰陽(yáng)離子能夠流通亦有鹽橋的功能。

注意事項(xiàng) 1。 銅線最好先用磨砂紙磨過，再進(jìn)行反應(yīng)。

2。 鎂帶反應(yīng)前先用1MHCl浸洗一會(huì)兒，然后迅速取出再使用。

3。 若時(shí)間許可的話，可將多個(gè)自制電池串聯(lián)或并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)需要更大功率的負(fù)載。

8.鋰電池的基本原理和特性

一、發(fā)展及分類 “鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

鋰電池最早期應(yīng)用在心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩等優(yōu)點(diǎn)，使得植入人體的起搏器能夠長(zhǎng)期運(yùn)作而不用重新充電。

鋰電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計(jì)算器，數(shù)碼相機(jī)、手表中。

為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對(duì)各種材料進(jìn)行了研究，從而制造出前所未有的產(chǎn)品。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。

20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。

它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話、筆記本、計(jì)算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。

鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。

由于其自身的高技術(shù)要求限制，只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。二、工作原理1. 鋰金屬電池 一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2 2.鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為 LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-（電子） 充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi++xe- = LixC6 充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6 三、特征 高能量密度鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的20-30%，鎳氫的35-50%。

高電壓一個(gè)鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V（平均值），相當(dāng)于三個(gè)串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。無污染鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質(zhì)。

不含金屬鋰鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機(jī)運(yùn)輸關(guān)于禁止在客機(jī)攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。循環(huán)壽命高在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過500次，磷酸亞鐵鋰則可以達(dá)到2000次。

無記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。

快速充電使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器，可以使鋰離子電池在1.5-2.5個(gè)小時(shí)內(nèi)就充滿電；而新開發(fā)的磷鐵鋰電池，已經(jīng)可以在35分鐘內(nèi)充滿電。三、優(yōu)缺點(diǎn)分析1.優(yōu)點(diǎn) （1）能量比較高。

具有高儲(chǔ)存能量密度，已達(dá)到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；（2）使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%DOD)充放電，有可以使用10,000次的記錄；（3）額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；鋰電池可以通過一種新型的鋰電池調(diào)壓器的技術(shù)，將電壓調(diào)至3.0V，以適合小電器的使用。（4）具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速；（5）自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20;(6)重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/6-1/5;(7)高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用；（8）綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。

（9）生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國(guó)來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。

比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時(shí)；kg是千克（重量單位），L是升（體積單位）。

2.缺點(diǎn)1.鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。2.鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，價(jià)格昂貴，安全性較差。

3.鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過充過放電。4.生產(chǎn)要求條件高，成本高。

5.使用條件有限制，高低溫使用危險(xiǎn)大。

9.原電池的知識(shí)點(diǎn)

原電池：

1.原電池形成三條件： “三看”。

先看電極：兩極為導(dǎo)體且活潑性不同；

再看溶液：兩極插入電解質(zhì)溶液中；

三看回路：形成閉合回路或兩極接觸。

2.原理三要點(diǎn)：

(1)？相對(duì)活潑金屬作負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng).

(2) 相對(duì)不活潑金屬（或碳）作正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng).

(3)？導(dǎo)線中（接觸）有電流通過，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

3.原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置

4.原電池與電解池的比較

原電池 電解池

(1)定義 化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 ；電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置

(2)形成條件 合適的電極、合適的電解質(zhì)溶液、形成回路 ；電極、電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）、外接電源、形成回路

(3)電極名稱 負(fù)極 正極 ；陽(yáng)極 陰極

(4)反應(yīng)類型 氧化 還原 ；氧化 還原

(5)外電路電子流向 負(fù)極流出、正極流入 ；陽(yáng)極流出、陰極流入