锂电池电极反应基本过程
来源：宝鄂实业
2019-08-22 21:13
点击量：次
锂离子电池主要由正极极片、隔膜、负极极片以及填充在极片和隔膜孔隙内的电解液等基本部分组成,锂离子电池的充放电过程是耦合电化学反应的多物理量传输、传递过程。充电时,正极颗粒内部的锂离子扩散至颗粒表面,正极材料在电解液/电极颗粒两相界面发生氧化,锂离子脱出正极、进入电解液中,通过在电解液中的扩散和迁移传递到负极颗粒表面,然后通过两相界面的电化学反应嵌入负极颗粒中,并从颗粒表面向内扩散;而电子则通过外电路从正极一侧向负极迁移。放电时,锂离子和电子的传输方面与之相反。在充放电过程中,电池内部的电化学过程具体包括3个方面[6]:
第一,锂离子的传输,具体又包括3个部分:1)锂离子在电极孔隙的电解液中的传输过程,与孔隙率、孔结构、电极/电解液的润湿性相关;2)锂通过SEI膜的扩散过程,受SEI膜成分、厚度等影响;3)锂在电极材料固体颗粒内部的扩散,与原材料的基本特性相关。随着电极厚度的增大,锂离子在电极孔隙中的传输成为电池充放电过程中的决速步骤,因此,电池性能与电极涂层中三维孔结构,如孔径大小及其分布,孔隙连通性,孔隙喉道特征等密切相关。
第二,电子的传输:1)电子在集流体/电极界面的传导;2)多孔电极基体中的电子传导,传导路径为电极涂层中的固体组分,主要包含两个部分:活性物质颗粒相、导电剂构成的三维网络。在正极极片中,活性物质颗粒的电导率很低,电子传导主要通过分布在活性物质颗粒之间的与粘结剂胶合在一起的导电剂网络传输。因此,极片中电子的迁移通道由导电剂三维网络骨架组成,迁移速率主要取决于涂层与集流体的界面结合状态、涂层中导电剂的分布状态等因素。
第三,电极/电解液界面处发生电荷交换:1)电荷在电解液/电极界面的交换,伴随着电化学反应;2)界面处存在赝电容,形成双电层,并与活性物质颗粒比表面积密切相关。
