《2021年高考化学复习专题《电化学之锂离子电池》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年高考化学复习专题《电化学之锂离子电池》（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,2019年10月9日，瑞典皇家 科学院宣布，将本年度的诺贝尔 化学奖授予美国固体物理学家约 翰巴尼斯特古迪纳夫（John B. Goodenough），英国化学家斯 坦利威廷汉（Stanley Whittingham）和日本化学家吉 野彰（Akira Yoshino），以表 彰他们在研发锂离子电池领域作 出的贡献。,轻巧,能量密度高,循环性能好,绿色无污染,锂一次电池（锂原电池）的发展史,当前,70年代,多种材料应用于锂一次电池,锂一次电池商品化 60年代的能源危机 锂一次电池大发展 20世纪50年代 开始锂一次电池的研究,手表、计算器、植入式医疗设备,Li-MnO2、Li-CuO、Li-S
2、OCl2、 Li-SO2、Li-Ag2CrO4等,知识链接,标准电极电位是用以衡量离子或原子获得电子而被还原的 趋势。指物质的还原态的还原能力越强，其对应的氧化态 的氧化能力就越弱，标准电极电位越小。,交流研讨,1.为什么选择锂做电池的电极？,解密锂一次电池,锂是自然界中最轻的金属，易失电子，以锂为负极组成的 电池具有电压高、比能量大等特点。,知识链接,电池的比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放 出电能的大小。理论上说，单位质量的电极材料转移的电 子越多，比能量越大。,1g金属所转移的电子的物质的量（mol）,1975年，三洋公司开发了Li-MnO2电池，广泛地用于计算机、照 相机、手
3、机、电子表、电表、军事通讯、电台等领域。该电池反应原理 如图，电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中，Li+ 通过电解质迁移入 MnO2 晶格中，生成 LiMnO2 。 外电路的电流方向是由 极流向 极。（填字母） 电池电极反应式为：负极 。 正极。 是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？ ，原因是。 锂一次电池能量密度大、寿命长、耐漏液。 缺点：安全性较差，一般不能充电重复使用。,交流研讨,2.探析锂一次电池工作原理,锂二次电池的发展史,1.产生阶段（1960-1980年） 1970年代，M斯坦利威廷汉开发了第一 块功能齐全的锂电池（Li-TiS2电池）。,二硫化钛,金属锂,隔膜,电解液,氧
4、化钴,石油焦碳,1980年，58岁的约翰 B古迪纳夫开发了钴酸 锂(LiCoO2) 电池,白球:锂原子，红球：氧原子，蓝球:钴原子,2.快速发展阶段（1980-2000年）,1985年，日本吉野彰 开发出了第一个可商用 的锂离子电池,特点：锂离子在阳极和阴极之间 来回流动，解决了锂枝晶的问题。 提高了电池的电压。,缺点：钴资源匮乏，价格 昂贵，有毒性。锂离子从钴酸 锂材料中过度的脱嵌，电极材 料结构不稳定，使其循环性能 降低。,1997年，75岁的古迪纳夫继续发明了磷酸铁锂 锂离子电池（LiFePO4）,特点：橄榄石结构LiFePO4 具有耐高 温和耐过充电、安全性高、生态环保、 价格低廉等优
5、势，是目前电动汽车用锂 离子电池的主流正极材料。LiFePO4 和脱锂后的 FePO4 结构相似，有良好 循环性能。 磷酸铁锂也有不足之处，如导电率 低、锂离子扩散系数低等，只有对 LiFePO4 材料进行改进，才能适应大 电流充放电的需要。,交流研讨,1.请从石墨的结构分析作为负极材料的原因。(rLi =0.07nm) + 石墨具有良好导电性，能容纳并且吸附 Li+,锂离子嵌入石墨后形成嵌锂化合物LixC6,解密锂离子电池,0.335nm,一种锂离子电池工作原理如图。放电时电池的总反应为： Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x1)。 (1)写出放电时的电极反应式。离子如
6、何移动？,正极： Li1-xCoO2+ xexLi+ = LiCoO2 (2) 锂离子电池充电时，阴、阳极的电极 反应？ 阳极： LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+,阴极：xLi + +xe +6C = LixC6,负极：LixC6,-xe = 6C + xLi +,Li+嵌入和脱嵌,2.探析锂离子电池的工作原理。,交流研讨,依据锂离子电池工作原理，锂离子电池过度充放电会对正负极造 成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷 会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌 入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。,锂离子电池保持性能最佳的充放
7、电方式为,。,拓展应用,浅充浅放,正、负极 不存在反应活性高 的金属锂因而安全 性高,电解质及溶剂 非水系电解液,其他 如电极涂层（有利于Li+ 进出电极， 防止“ 锂枝 晶”形成） 离子交换膜,隔绝两极，防止两极接触而 短路；作为Li+的迁移通道,充放电过程是Li+在电极材料中的嵌入 、脱嵌和在电解液中的迁移过程。 锂元素在充放电过程中不发生电子得失,小结,从电池构成要素，小结锂离子电池的特点,3.发展的新阶段（2000年至今）,电极的改性研究,下列说法中错误的是( D ) A.多孔电极可以提高电极与电解质溶液的 接触面积，有利于氧气扩散至电极表面 B.正极的电极反应： O2 + 4e +
8、2H2O = 4OH C.电池工作时，外电路中流过 0.01 mol 电 子，负极材料减重 0.07g D.若去掉隔膜和有机电解液，电池反应不 会改变 缺点：生成的LiOH在正极上堆积，使电解液与空气接触 被阻断，从而导致放电停止。,交流研讨,探究新型锂电池,正极的电极反应为： (2x)O24Li4e=2Li2O2x(x0 或1) 电池总反应为：,改进方向：非水电解质、固体电解质,交流研讨,石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 电池工作时，正极发生的反应为： S8+2e-+2Li+=Li2S8 3Li2S8+2e-+2Li+=4Li2S6 2Li2S6+2e-+2Li+=3Li2S4,Li2S4 +2e-+2Li+=2Li2S2,2x,缺点：放电产物的中间体(Li S )在电,解液中溶解会导致阴极解体，而使容 量迅速下降，进而使寿命较短。,“充电”还是“放电”,情境信息,升失氧负极/阳极 降得还正极/阴极,离子迁移 电子流动,电池反应 原料产物 宏观现象 特殊信息,新型电池的解题建模,联系旧知，触类旁通,小结,电荷守恒 原子守恒,97岁的今年获诺贝尔奖，他从未觉得good enough。,学习，永无止境,
