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《蘇州大學(xué)徐艷輝二次電池未發(fā)表章節(jié)未壓縮版本》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第三章二次電池徐艷輝博士蘇州大學(xué)化學(xué)電源研究所蘇州市莫邪路688號(hào)，email:xyhsuda@gmail.com,xuyanhui@suda.edu.cn第1節(jié)緒論3.1.1二次電池分類二次電池又稱為可充電池，英文是rechargeablebattery或者secondarybattery，主要包括可充堿錳（Zn-MnO2）電池，鉛酸電池，鎘鎳電池，氫鎳電池，金屬氫化物-鎳（MH-Ni）電池，鋰離子電池等等，除此之外還有一些體系曾經(jīng)是研究熱點(diǎn)，但目前基本上已經(jīng)被放棄了，如鐵鎳電池。表3.1.1列出了一
2、些二次電池體系的基本參數(shù)。二次電池分類方法有多種，文獻(xiàn)將鋰離子二次電池稱為“搖椅式電池”，實(shí)際上金屬氫化物-鎳電池也屬于“搖椅式電池”，知識(shí)其中的活性粒子不同而已，一個(gè)是質(zhì)子，一個(gè)是鋰離子。在表3.1.1所列電池中，金屬氫化物-鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池的電解液濃度不隨電池荷電態(tài)發(fā)生變化，其余二次電池電解液濃度則與電池的荷電態(tài)有關(guān)系?！皳u椅式電池”的電解液濃度與荷電態(tài)無(wú)關(guān)，是否是“搖椅電池”與電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理密切相關(guān)。這里對(duì)電極材料做類似分類，依據(jù)電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，將電極材料分成“搖椅式電極材料”和“非搖
3、椅式電極材料”。對(duì)于“搖年椅式電極材料”而言，電極活性材料作為活性粒子的母體存在，在充放電過(guò)程中起著接納活性粒子的作用，如NiOOH接納質(zhì)子，碳材料接納鋰離子，Li1-xCoO2接納鋰離子；對(duì)于氫鎳電池，負(fù)極接納質(zhì)子的是鋼瓶；MnO2也屬于“搖椅式電極材料”，活性粒子是質(zhì)子，不過(guò)可逆性較差。這類材料的特點(diǎn)是，活性材料顆粒表面與內(nèi)部本體部分都參與電化學(xué)反應(yīng)，與荷電態(tài)、充放電深度無(wú)關(guān)。對(duì)于“非搖椅式電極材料”，不存在“客體”與“母體”材料或粒子之分，參加反應(yīng)的活性材料與未參加反應(yīng)的活性材料位于不同的區(qū)域，與
4、“搖椅式電極材料”不同，在電化學(xué)反應(yīng)中活性顆粒表面參與反應(yīng)而內(nèi)部處于“休息狀態(tài)”。反應(yīng)機(jī)理決定了這類材料的記憶效應(yīng)比較大，這類電極材料包括Zn、Cd、Pb、PbO2、Li。原則上，所有電極材料均具有記憶效應(yīng)。所謂的記憶效應(yīng)指的是當(dāng)電池或電極反復(fù)以某一個(gè)充放電深度循環(huán)數(shù)次以后，再改變充放電深度尤其是放電深度進(jìn)行循環(huán)時(shí)，電池或電極不能釋放更多的容量，而是自動(dòng)的按照以前的循環(huán)方式進(jìn)行，“拒絕”在新的充放電制度下工作。記憶效應(yīng)的存在與活性電極材料微觀結(jié)構(gòu)、充放電循環(huán)中內(nèi)應(yīng)力的變化有關(guān)。3.1.2二次電池對(duì)材料的
5、基本要求二次電池的種類很多，但是基本結(jié)構(gòu)類似，都包括正極活性物質(zhì)（簡(jiǎn)稱正極）、負(fù)極活*性物質(zhì)（簡(jiǎn)稱負(fù)極）、正極集流體、負(fù)極集流體、隔膜、電解液和外殼。每種電池對(duì)其組件材料都有特殊的要求，如鋰離子電池要求隔膜在升溫后具有關(guān)閉微孔的能力，這里首先總結(jié)一下所有二次電池對(duì)組件材料的基本要求。二次電池的基本特征由電解液和正極、負(fù)極共同決定，因此，在談及對(duì)電解液的要求時(shí)是離不開(kāi)對(duì)正極與負(fù)極的闡述的。作為二次電池的電化學(xué)體系，對(duì)正極/電解液/負(fù)極的基本要求包括：?電話學(xué)反應(yīng)可逆性高；?電解液的電化學(xué)窗口盡可能的大，正
6、極電極電位與負(fù)極電極電位差也盡可能的大；*在某些場(chǎng)合，正極也指包括正極活性物質(zhì)與正極集流體（可能還有粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等添加劑）在內(nèi)的整個(gè)正極極板板。負(fù)極也是如此。1?正極電極電位不能高于電解液電化學(xué)窗口的上限，負(fù)極電極電位不能低于電解液電化學(xué)窗口的下限；?電解液、正極活性物質(zhì)與負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性高；?電解液盡可能具有環(huán)境友好等特性，如毒性盡可能的??；?正負(fù)極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)在充放電過(guò)程中的穩(wěn)定性好；?其它與價(jià)格相關(guān)的特性，如原材料成本低，制備與合成工藝簡(jiǎn)單。對(duì)正負(fù)極導(dǎo)電集流體的基本要求包括：?質(zhì)量輕、
7、導(dǎo)電率高，機(jī)械強(qiáng)度好，與活性物質(zhì)可以很好的粘合；?化學(xué)穩(wěn)定性高，與電解液、被支撐的活性物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)；?其它與價(jià)格有關(guān)的參數(shù)要求。對(duì)膈膜的基本要求包括：?質(zhì)量輕，機(jī)械強(qiáng)度好，與電解液浸潤(rùn)性好，非電子導(dǎo)體，有一定的彈性；?孔隙率高，孔徑均勻且易控制，容易加工；?化學(xué)穩(wěn)定性高，不與電解液、正負(fù)極活性材料、正負(fù)極集流體反應(yīng)?其它與價(jià)格相關(guān)的參數(shù)要求。對(duì)外殼的基本要求包括：?機(jī)械性能好；?非電子導(dǎo)體；?與正負(fù)極活性物質(zhì)、電解液不發(fā)生反應(yīng)，兼容性好，化學(xué)穩(wěn)定性好；?易加工，易密封；?與價(jià)格相關(guān)的其他性能要求。3.
8、1.3放電容量電池的放電容量涉及到正負(fù)極容量的匹配、電解液量、外殼與集流體的重量等等參數(shù)。在恒定電流條件下二次電池的放電曲線具有圖3.1.1所示的形式[1]（恒定電阻放電時(shí)曲線類似）。圖中虛線區(qū)域?qū)?yīng)的時(shí)間是電池有效使用的時(shí)間，在放電初期與放電后期黑色區(qū)域?qū)?yīng)的時(shí)間實(shí)際上是無(wú)效時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中這部分容量不能被利用。如果電池放電曲線平臺(tái)很斜，那就意味著可供利用的容量占總?cè)萘康谋壤容^小。電池的充放電曲線要盡可能的平。最大充電截止電壓不可用容
