写在开头:
我们通常口头上会讲锂电池,锂离子电池,其实都指的是锂离子电池。不过请注意!二者是有着本质区别的。所谓锂电池,是以金属锂或锂合金做负极材料的电池总称,这种电池属于一次电池,无法进行二次充电,所以利用率不是很高;而锂离子电池是指以锂离子(嵌入)化合物为正极材料电池的总称,属于二次电池体系,前景广阔;下面详细叙述二者的异同。锂电池(锂原电池)1简介锂(金属单质)原电池一般指的是一次锂电池,主要有锂-锰,锂-铁电池等。锂电池是以金属锂Li或其合金作为电极负极材料,通常采用二氧化锰MnO2、亚硫酰氯SOCl2等作为正极材料;锂电池可以连续放电,也可以间歇放电。一旦电能耗尽便不能再用,在照相机等耗电量较低的电子产品中广泛使用。锂原电池自放电很低,可保存3年之久,在冷藏的条件下保存,效果会更好。将锂原电池存放在低温的地方,不失是一个好方法。由于易产生枝晶引起爆炸,所以没有锂离子电池前景广阔。
注意事项:锂电池不能充电,充电危险!
2工作原理
锂电池装置中含有金属锂单质或锂合金作为原电池的负极,要发生氧化还原反应,这是锂电池的最大特点 ,也是区别于锂离子电池的本质特征。
举例如下
再举两个锂电池高考习题例子:
锂电池参考资料
锂电池是用锂作负极活性物质的化学电池。锂的标准电极电位最负,在金属中比重最轻,反应活泼性最高,因而锂电池的电动势和比能量很高,是一种重要的高能电池。锂电池的正极活性物质有氧化物、硫化物、卤化物、卤素、含氧酸盐等无机电极材料,如二氧化锰、二氧化硫、硫化铜、铬酸银、聚氟化碳、亚硫酰氯、碘等;也可以用电子导电聚合物作正极材料,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑等,又称为聚合物电池。锂电池的电解质为非水溶液、固体或熔融盐。非水溶液电解质由有机溶剂或非水无机溶剂加入无机盐组成,采用的有机溶剂主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁内酯等;非水无机溶剂有亚硫酰氯、液体二氧化硫等。无机盐有高氯酸锂、氯化铝锂、氟硼酸锂、溴化锂等。因锂和水接触立即发生激烈反应, 所以电解质不能采用水溶液。
锂离子电池1简介锂离子电池是可充电电池(属于二次电池)!是以锂离子的传递来完成电池的充放电,主要有锰酸锂、钴酸锂以及磷酸亚铁锂电池等,主要特点是电池放电功率大,电池循环寿命长等,例如磷酸亚铁锂锂离子电池。另外锂离子电池在20℃下可储存半年以上,这是由于它的自放电率很低,而且大部分容量可以恢复。
2工作原理锂离子电池主要用含锂离子的化合物如锂盐钴酸锂等作为正极的电极材料,一般用碳(石墨)做负极材料,中间填充电解质溶液形成离子迁移的通道,并用高聚物隔膜来分离正负极以防止短路。
充电时,由于外接电源的电场的作用(这是动力),锂离子从正极活性材料(如钴酸锂)脱嵌(即游离出来)进入电解质溶液,再定向穿过电解液中的中间隔膜,移动到负极,插入负极材料石墨晶体格层中,同时在外路,外接电源的负极也有等量电荷的电子插入电池负极材料石墨层晶格层中,完成充电过程;
放电时,在电池内电路中,锂离子会从负极材料脱插进入电解质溶液,定向由负极向正极迁移,嵌入到正极材料中(动力:由于之前的充电,会有大量带正电荷的锂离子插入负极,因而负极电势相对正极电势高,在放电时带正电荷的锂离子会自发由高电势到低电势迁移),同时在外路中,负极材料中也有等量电荷的电子脱插,自发定向通过外路导线嵌入正极(动力:由于之前的充电,会有大量电子储存在负极材料石墨中 ,而正极材料上没有电子 ,因而电子会自发定向迁移),完成放电过程;
如此循环,所以锂离子电池也被形象地叫作“摇椅电池”。
在锂离子电池的充、放电过程中锂离子没有发生氧化还原反应,这是区别于锂电池的本质特征。(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)
举例如下
锂离子电池的嵌入和脱嵌示意
锂离子电池工作原理小结锂离子电池以碳素材料如石墨为负极,以含锂的化合物作正极材料,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。
在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等电荷的电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。在充电/放电过程中,锂离子在正极、负极之间往返进行“脱嵌/嵌入、插入/脱插”,被形象地称为“摇椅电池”。
当对电池进行充电时,在电池的正极材料上有锂离子游离出来,再经过电解液定向运动进入到负极材料。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。在充放电过程中Li+没有发生氧化还原反应。
为了强调这一点,下面选择一个负极材料没有包含石墨电极的装置,就是想突出锂离子在锂离子电池中的作用。
该题中乙装置为原电池,从中可以看出被氧化的为有机聚合物,Li+的价态没有发生变化,它的作用是在电解质中移向正极,中和正极上产生的负电荷;甲装置相当于是电解池,充电时,阴极负电荷增加了,Li+又从甲装置的左边(阳极)向右边(阴极)移动,中和电荷。
高考习题相关错误信息纠正在高考复习备考中,有部分习题资料中出现锂离子电池的题给错误信息,这样极易误导学生,把学生绕晕,教师应该及时纠正,如最新版的《步步高》资料中有总结和习题错误,举例如下(有色字体为纠正或强调)。
两种电池异同和相似小结一、异同点:
1、在阳极(也叫负极)材料选择上,锂原电池使用锂金属或者锂合金作阳极,而锂离子电池主要选择石墨类材料作阳极(也起到载体的作用);
2、锂电池是一次电池,不能充电,而锂离子电池是二次电池,可以充电。
3、锂电池只能使用非水电解质溶液,锂离子电池可使用非水电解质的电池。
二、相似点:
1、名称相似,容易混淆,一般常说的锂电池就是指锂离子电池,但二者有本质的区别;
2、在电池内电路中,锂离子都参与了导电。
参考资料锂电池和锂离子电池是普及速度很快的电池品种,在文献和现实生活中,人们发现锂电池和锂离子电池在使用当中时而相仿,时而互换,个中原因在于,锂电池和锂离子电池是互相区别而又有继承和发展关系的一对概念,难怪人们会将二者混淆。
所谓锂电池,是以金属锂做负极活性物质的电池总称,而锂离子电池是指以两种不同的能够可逆的嵌入和脱嵌锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系,锂电池和锂离子电池的相同点是在正极和电解质上,两种电池都采用金属氧化物和硫化物作为正极,而以有机溶剂-无机盐体系作为电解质。锂电池和锂离子电池之间是一个发展的过程,锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料的物质,化学反应为氧化还原反应,以后,索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作为正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。
严格意义上的锂电池和锂离子电池的工作机理是不一样的,锂电池是一次电池,又称为锂原电池,可以连续放电,也可以间歇放电,一部分锂电池可以作储备设施用电池,如在水力、风力、太阳能电站等方面的应用。而锂离子电池是二次电池,可以反复使用。现在,很多人习惯上把“锂离子电池”也叫做“锂电池”,这是一种方便的叫法;生活中可以尊重人们对锂电池和锂离子电池的习惯叫法,但科研人员、学生考试一定要正确理解二者的理论区别。从使用角度来看,严格意义上的锂电池和锂离子电池也是不同的。锂电池的负极用金属锂,正极用MnO2、SOCl2等,20世纪70年代进入实用化后,主要在一些军事和民用小型电器中使用。锂离子电池应用范围更加广泛,如:移动电话、摄像机、照相机、手提电脑等,大容量锂离子电池在电动汽车上的应用也已经进入产业化过程中。从锂电池和锂离子电池的发展趋势来看,锂离子电池的应用领域不断扩大,而锂原电池的应用领域不断缩小。锂电池和锂离子电池或许会在实用中被人们混淆,但有一个根本区别就是:锂离子电池反应时没有锂金属单质,只有锂离子在正负极间的运动,因此,又被称为“摇椅式电池”。
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