電池材料(關(guān)于電池的知識)

1.關(guān)于電池的知識

傳統電池指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復合容器的部分空間。隨著(zhù)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 電池的性能參數主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢等于單位正電荷由負極通過(guò)電池內部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無(wú)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。在電池反應中，1千克反應物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱(chēng)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。因為電池中的反應物并不全按電池反應進(jìn)行，同時(shí)電池內阻也要引起電動(dòng)勢降，因此常把比能量高的電池稱(chēng)做高能電池。電池的面積越大，其內阻越小。

電池的能量?jì)Υ嬗邢蓿姵厮茌敵龅目傠姾闪拷凶鏊娜萘浚ǔＳ冒才嘈r(shí)作單位，它也是電池的一個(gè)性能參數。電池的容量與電極物質(zhì)的數量有關(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(lèi)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(chēng)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)，電能轉換成化學(xué)能；放電時(shí)，化學(xué)能轉換成電能的。

2.蓄電池的基礎知識

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

它用填滿(mǎn)海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿(mǎn)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)，電能轉化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負極，發(fā)生氧化反應，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應，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，它又恢復到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復充電、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(lái)使用，電壓是6V。汽車(chē)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)，電極反應為：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O

負極反應： Pb + SO42- - 2e- = PbSO4

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

3.電池知識

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、槽或其他容器或復合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉化成電能的裝置。

具有正極、負極之分。隨著(zhù)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。電池的性能參數主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。

利用電池作為能量來(lái)源，可以得到具有穩定電壓，穩定電流，長(cháng)時(shí)間穩定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結構簡(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，性能穩定可靠，在現代社會(huì )生活中的各個(gè)方面發(fā)揮有很大作用。

4.請教一下有關(guān)電池的一些知識

電池的分類(lèi)有不同的方法其分類(lèi)方法大體上可分為三大類(lèi)

第一類(lèi)：按電解液種類(lèi)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(chēng)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（有的消費者也稱(chēng)之為酸性電池）、海水激活電池等；有機電解液電池，主要以有機溶液為介質(zhì)的電池，如鋰電池、鋰離子電池待。

第二類(lèi)：按工作性質(zhì)和貯存方式劃分包括：一次電池，又稱(chēng)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(chēng)海水激活電池等。

第三類(lèi)：按電池所用正、負有為材料劃分包括：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

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，負極則是特殊分子結構的碳.常見(jiàn)的正極材料主要成分為 LiCoO2 ，充電時(shí)，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中.放電時(shí)，鋰離子則從片層結構的碳中析出，重新和正極的化合物結合.鋰離子的移動(dòng)產(chǎn)生了電流.

化學(xué)反應原理雖然很簡(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(wèn)題要多得多：正極的材料需要添加劑來(lái)保持多次充放的活性，負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子；填充在正負極之間的電解液，除了保持穩定，還需要具有良好導電性，減小電池內阻.

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應，記憶效應的原理是結晶化，在鋰電池中幾乎不會(huì )產(chǎn)生這種反應.但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì )下降，其原因是復雜而多樣的.主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來(lái)看，正負極上容納鋰離子的空穴結構會(huì )逐漸塌陷、堵塞；從化學(xué)角度來(lái)看，是正負極材料活性鈍化，出現副反應生成穩定的其他化合物.物理上還會(huì )出現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(guò)程中移動(dòng)的鋰離子數目.

過(guò)度充電和過(guò)度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀(guān)的理解，過(guò)度放電將導致負極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過(guò)度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負極碳結構里去，而使得其中一些鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái).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)鋰離子電池內部其他化學(xué)反應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極之間設有保護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，復合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內阻增大直到斷路，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(zhuān)家明確地告訴我，這是沒(méi)有意義的.他們甚至說(shuō)，所謂使用前三次全充放的“激活”也同樣沒(méi)有什么必要.然而為什么很多人深充放以后 Battery Information 里標示容量會(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)、放電次數等數值.這些數值在使用中會(huì )逐漸變化.我個(gè)人認為，使用說(shuō)明中的“使用一個(gè)月左右應該全充放一次”的做法主要的作用應該就是修正這些寄存器里不當的值，使得電池的充電控制和標稱(chēng)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(guò)程.鋰離子電池的充電過(guò)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準電壓，隨后在控制芯片下轉入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會(huì )過(guò)充，電流則隨著(zhù)電池電量的上升逐步減弱到 0 ，而最終完成充電.

電量統計芯片通過(guò)記錄放電曲線(xiàn)（電壓，電流，時(shí)間）可以抽樣計算出電池的電量，這就是我們在 Battery Information 里讀到的 wh. 值.而鋰離子電池在多次使用后，放電曲線(xiàn)是會(huì )改變的，如果芯片一直沒(méi)有機會(huì )再次讀出完整的一個(gè)放電曲線(xiàn)，其計算出來(lái)的電量也就是不準確的.所以我們需要深充放來(lái)校準電池的芯片.

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)勢約2V. 鎳鎘電池正極板上的活性物為氧化鎳粉，負極板上的活性物質(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極板。

電解液通常用氫氧鉀溶液.電池的開(kāi)路電壓為1.2V. 鎳金屬氫電池正極板材料為氧化鎳粉，負極板材料為吸氫合金，電解液氫氧鉀溶液。，電池的開(kāi)路電壓為1.2V.鋰離子電池用LiCoO2復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，極板間有亞微米級微孔的聚烯烴薄膜隔板，電解液為有機溶劑.開(kāi)路電壓為3.6V. 鋰聚合物電是鋰離子電池的改良型，沒(méi)有電池液，改用聚合物電解質(zhì)，比離子電池穩定.開(kāi)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： 利用氧化還原反應裝置成一個(gè)電池，并且使 call 機發(fā)生聲響。

實(shí)驗步驟： 1。 取約25公分的鎂帶，折成三折并疊成約8公分長(cháng)，然后用約20公分的銅線(xiàn)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(zhù)就好），然后插入一根約30公分的銅線(xiàn)，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，將250mL硫酸鉀溶液加入500mL的燒杯內。

4。 把步驟3。

50mL的硫酸銅溶液倒入做好的玻璃紙袋內，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(xiàn)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(tīng)聽(tīng)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。

正負極接錯，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(xiàn)一條（約30公分長(cháng)）。 4。

玻璃紙一張（約625平方公分）。 5。

銅線(xiàn)一條（約20公分長(cháng)）。 6。

鎂帶（約25公分長(cháng)）。 7。

100mL的燒杯一個(gè)。 8。

500mL的燒杯2個(gè)。 9。

橡皮圈一條。 10。

BBcall機一只。 原理和概念： 1。

本實(shí)驗的半反應式分別為： Mg(s) → Mg2 (aq) 2e- Cu2 (aq) 2e- → Cu(s) 全反應式為： 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(lèi)的飽和溶液，且不與兩半電池之溶液發(fā)生反應者。 本實(shí)驗系利用玻璃紙當作半透膜，可讓陰陽(yáng)離子能夠流通亦有鹽橋的功能。

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

2。 鎂帶反應前先用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(huà)，可將多個(gè)自制電池串聯(lián)或并聯(lián)，驅動(dòng)需要更大功率的負載。

8.鋰電池的基本原理和特性

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

鋰電池最早期應用在心臟起搏器中。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(cháng)期運作而不用重新充電。

鋰電池一般有高于3.0伏的標稱(chēng)電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算器，數碼相機、手表中。

為了開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進(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70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。1992年Sony成功開(kāi)發(fā)鋰離子電池。

它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話(huà)、筆記本、計算器等攜帶型電子設備的重量和體積大大減小。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。

隨著(zhù)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(lèi)：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。可充電電池的第五代產(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，只有少數幾個(gè)國家的公司在生產(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極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

放電反應：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)生的反應為 LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-（電子） 充電負極上發(fā)生的反應為6C+xLi++xe- = LixC6 充電電池總反應：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），相當于三個(gè)串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。無(wú)污染鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類(lèi)的有害金屬物質(zhì)。

不含金屬鋰鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機運輸關(guān)于禁止在客機攜帶鋰電池等規定的限制。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(guò)500次，磷酸亞鐵鋰則可以達到2000次。

無(wú)記憶效應記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過(guò)程中，電池的容量減少的現象。鋰離子電池不存在這種效應。

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)內就充滿(mǎn)電；而新開(kāi)發(fā)的磷鐵鋰電池，已經(jīng)可以在35分鐘內充滿(mǎn)電。三、優(yōu)缺點(diǎn)分析1.優(yōu)點(diǎn) （1）能量比較高。

具有高儲存能量密度，已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；（2）使用壽命長(cháng)，使用壽命可達到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(guò)一種新型的鋰電池調壓器的技術(shù)，將電壓調至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(chē)用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動(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)高低溫適應性強，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過(guò)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，對缺水的我國來(lái)說(shuō)，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(lái)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。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線(xiàn)路，防止電池被過(guò)充過(guò)放電。4.生產(chǎn)要求條件高，成本高。

5.使用條件有限制，高低溫使用危險大。

9.原電池的知識點(diǎn)

原電池：

1.原電池形成三條件： “三看”。

先看電極：兩極為導體且活潑性不同；

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)？相對活潑金屬作負極，失去電子，發(fā)生氧化反應.

(2) 相對不活潑金屬（或碳）作正極，得到電子，發(fā)生還原反應.

(3)？導線(xiàn)中（接觸）有電流通過(guò)，使化學(xué)能轉變?yōu)殡娔?/p>

3.原電池：把化學(xué)能轉變?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)能轉變成電能的裝置 ；電能轉變成化學(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(chēng) 負極 正極 ；陽(yáng)極 陰極

(4)反應類(lèi)型 氧化 還原 ；氧化 還原

(5)外電路電子流向 負極流出、正極流入 ；陽(yáng)極流出、陰極流入