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鉛酸蓄電池充電后,,正極板二氧化鉛(PbO2),,在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛(Pb(OH)4),,氫氧根離子在溶液中,,鉛離子(Pb4)留在正極板上,故正極板上缺少電子
1,、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生
鉛酸蓄電池充電后,,正極板二氧化鉛(PbO2),,在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛(Pb(OH)4),,氫氧根離子在溶液中,,鉛離子(Pb4)留在正極板上,故正極板上缺少電子,。
鉛酸蓄電池充電后,,負(fù)極板是鉛(Pb),與電解液中的硫酸(H2SO4)發(fā)生反應(yīng),,變成鉛離子(Pb2),鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中,,負(fù)極板上留下多余的兩個電子(2e),。
可見,在未接通外電路時(shí)(電池開路),,由于化學(xué)作用,,正極板上缺少電子,負(fù)極板上多余電子,,如右圖所示,,兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差,這就是電池的電動勢,。
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.鋰離子的移動產(chǎn)生了電流.
化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡單,,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.物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況,總之終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目.
過度充電和過度放電,,將對鋰離子電池的正負(fù)極造成的損壞,,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BatteryInformation里標(biāo)示容量會發(fā)生改變呢?后面將會提到.
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)值在使用中會逐漸變化.我個人認(rèn)為,使用說明中的“使用一個月左右應(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過充,電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0,,而終完成充電.
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,,這就是我們在BatteryInformation里讀到的wh.值.而鋰離子電池在多次使用后,,放電曲線是會改變的,如果芯片一直沒有機(jī)會再次讀出完整的一個放電曲線,,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.
鋰離子電池正極主要成分為LiCoO2負(fù)極主要為C充電時(shí)
正極反應(yīng):LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-
負(fù)極反應(yīng):C+xLi++xe-CLix
電池總反應(yīng):LiCoO2+CLi1-xCoO2+CLix
放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng),。
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