首先我们需要一些电极,电极是带电粒子想去的位置,其就像为孤单的锂离子提供的棒。电池有两个电极——一个正极(阴极),一个负极(阳极)。对于锂离子电池,人们主要关注其阴极,阴极决定了各类锂离子电池之间的不同。
传统锂离子电池中的层状金属氧化物LiCoO2以其阴极氧化钴命名。作为锂离子电池中的新型金属氧化物,LiMnO2有一个被称为尖晶石的氧化锰构成的阴极。LiMnO2是一种晶体,在分子水平上看起来有点像一个三维的井字(tic-tac-toe)板。LiFePO4是锂离子电池中另一种金属氧化物类型,只有这一种类型的阴极由磷酸铁构成,并且该晶体是橄榄石型。稍后将详细介绍该类型。
阳极通常由碳材料构成——一种特殊的石墨。大多数类型的锂离子电池使用的是石墨阳极。
在锂离子电池中,阴极和阳极都有一种特殊类型的结构允许锂离子的嵌入。我喜欢Seth Fletcher在国家公共广播电台中论述他的锂离子电池著作《瓶装闪电》(Bottled Lightning)时的描述。我将借鉴他的比喻并稍以润色。
想象一家有好多层的大型酒店如威斯汀酒店,然后想象客人只能通过窗户进出他们的房间,这样你就会了解锂离子如何将自己嵌入磷酸离子阴极中了。当不用使用电梯时,房间会被迅速地充满和清空。
相比之下,铅酸电池使用金属铅电极并在每次充电时消耗和还原。锂离子电池不一样,其含锂的正极中没有金属锂的存在,并且电池放电过程中不会减少,就像是一个储存罐。
该阴极“酒店”结构允许锂离子从电解液中迅速嵌入并以有一定顺序的形式聚集,与此同时电子同样迅速地从酒店后门离开(你可以从此处获得电子并让它们为你工作)。自然界不允许电荷不平衡的发生,因此这是必然的。电子在电路中的运动成为电流,当电流流动时就可以驱动电动汽车。(www.xing528.com)
阳极同样采用锂离子嵌入,当电池充电时,锂离子嵌入阳极并等待。那么电子呢?它们无法到达电解液或是找到早已失散的离子。它们被困在阳极、阴极以及外部电路中,在每次充放电中来回游荡。
我提及此的原因是电池工作必须做到以下两点:
●阳极和阴极必须能够接受和释放来自电解液的锂离子,并在此过程中尽可能减少能源浪费。
●阳极和阴极必须都能随时在电路中移动电子。
上述两个性能分别称为离子电导性和电子导电性。任何一个失效,电路都会中断,电动汽车也将无法行驶。
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