铅酸蓄电池的主要用途
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嵌锂化合物代替二次锂电池中的金属锂负极，电池 的安全性大为改善，并且具有良好的循环寿命，同 时电池的充放电效率也得到提高
1990年日本Sony公司研制出以石油焦为负极、 LiCoO2为正极的锂离子二次电池
2019/12/25
刘晓瑭
48
锂离子电池的工作原理
正极 LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe
25
3.锂离子电池
(1)锂离子电池的定义
指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子 的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次 电池体系
(-) LiC6 LiClO4-PC+EC LiCoO2 (+)
2019/12/25
刘晓瑭
47
锂离子电池的发展历史
1980年，M. Armand等人首先提出用嵌锂化合物来 代替二次锂电池中的金属锂负极，并提出“摇椅式 电池”（rocking chair battery）的概念
2019/12/25
刘晓瑭
4
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刘晓瑭
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2019/12/25
刘晓瑭
6
（3）氯气与氢氧化钠溶液的反应：
0
-1
+1
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
Cl2既是氧化剂，又是还原剂。氧化还原反 应发生在同一物质的同一个原子上，元素的原子
一部分被氧化，另一部分被还原，称为岐化反应。
活性物质PbO2
PbO2 +3H+ + HSO-4 +2e PbSO4 +2H2O =1.655V
液相反应机理
1. 氧化/还原反应发生在电极与溶液的界面 2. 中间步骤是溶液中的Pb2+进行氧化还原反应。
2019/12/25
刘晓瑭
17
（4）铅负极
铅负极的反应机理
Pb Pb2+ 2e
分子内氧化还原反应和岐化反应均称 为自氧化还原反应。
百度文库
2019/12/25
刘晓瑭
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2.蓄电池（二次电池）
电池的放电产物可借助于通反向直流电流的方法使 其复原.
其充放电过程是一个电能和化学能相互转换的过程.
2019/12/25
刘晓瑭
8
一个电池体系满足哪些条件才能作为蓄电池？ 1. 电池反应可逆； 2. 只能采用一种电解质溶液 ； 3. 电池放电时固体产物难溶解于电解液中.
难点: 能斯特方程
课时: 8
2019/12/25
刘晓瑭
1
目录
7.1 基本概念 7.2 电池反应的热力学 7.3 能斯特方程及其应用 7.4 化学电源与电解
2019/12/25
刘晓瑭
2
7.4化学电源与电解
7.4.1 化学电源 简介
7.4.2 电解过程
电解
电能
电池
化学能
2019/12/25
第七章 氧化还原反应
本章要求: 理解氧化还原反应的有关概念，能较熟练地配平氧化还原
反应方程式。 理解标准电极电势的概念，并能用它来判断氧化剂和和还
原剂的强弱、氧化还原反应进行的方向以及计算平衡常数。 能利用能斯特方程式进行有关计算。 了解化学电源与电解 重点: 电极电势和能斯特方程及其应用
铅酸蓄电池的标称电压是2V，理论比能量是 166.9Wh/kg，实际比能量为35～45Wh/kg
2019/12/25
刘晓瑭
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（1）铅酸蓄电池的组成
() Pb H2SO4 PbO2 ()
Pb + PbO2 +2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
计算铅酸蓄电池的标准电动势！
2019/12/25
刘晓瑭
10
（2）铅酸蓄电池的热力学基础
电池反应、电动势及电极电势
双硫酸盐理论
Pb + PbO2 +2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
1. 对放电前后活性物质的物相分析 2. 对电解液浓度变化的精确测量
2019/12/25
刘晓瑭
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(3)二氧化铅电极
活性物质PbO2：疏松的多孔体 板栅：Pb合金铸造成的栅栏片状物体
刘晓瑭
3
1.干电池
干电池的锌片外壳是负极，在电池中作为还原 剂。中间的碳棒是正极，它的周围用石墨和 MnO2的混合物填充固定。正极和负极间装入 氯化锌和氯化铁的水溶液作为电解质，为了防 止溢出，与浆糊制成糊状物。
电池放电时反应如下：
Zn+2MnO2+H2O＝Zn(OH)2+Mn2O3 普通干电池中学已经介绍过了，我们看一 下叠层式干电池和扣式电池。
2019/12/25
刘晓瑭
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(2)正极材料
对锂离子正负极材料的要求：
1. 具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入 和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的 稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证 锂离子电池的循环寿命;
2. 充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出， 使电极具有较高的电化学容量;
负极
6C + xLi+ + xe LixC6
电池 6C + LiCoO2 LixC6 + Li1-xCoO2
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锂离子电池的优点
具有高比能量、长循环寿命、较宽的工作温度范围、 高可靠性等优点
2019/12/25
刘晓瑭
50
锂离子电池的应用范围 小型电池：手机电池、笔记本电脑电池等 大型电池：电动自行车、电动摩托车、混 合动力汽车、电动汽车等 其它：人造卫星、航空航天和储能方面
2019/12/25
刘晓瑭
53
LiCoO2正极材料
二维层状结构
锂离子电导率高，扩散系数10-9～10-7cm/s
充电上限电压4.3V，高于此电压基本结构会发生改变
LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe 制备方法
固相合成法
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刘晓瑭
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4. 在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较 小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离 子电池的广泛应用;
5. 锂离子应有较大的扩散系数，以减少极化造成的能 量损耗，保证电池有较好的快充放电性能;
6. 分子量小，提高重量能量密度；摩尔体积小，提高 体积能量密度.
Pb2+
铅负极的钝化
HSO-4
PbSO4
H+
铅负极钝化的原因、影响因素
铅负极活性物质的收缩
铅负极的添加剂
无机类添加剂：炭黑、BaSO4
有机类添加剂：木素、腐殖酸
2019/12/25
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(5)铅酸蓄电池的电性能
铅酸蓄电池的充放电特性
2019/12/25
刘晓瑭
1990年日本Sony公司研制出以石油焦为负极、 LiCoO2为正极的锂离子二次电池
2019/12/25
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锂离子电池的工作原理
正极 LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe
25
3.锂离子电池
(1)锂离子电池的定义
指以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子 的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次 电池体系
(-) LiC6 LiClO4-PC+EC LiCoO2 (+)
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锂离子电池的发展历史
1980年，M. Armand等人首先提出用嵌锂化合物来 代替二次锂电池中的金属锂负极，并提出“摇椅式 电池”（rocking chair battery）的概念
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（3）氯气与氢氧化钠溶液的反应：
0
-1
+1
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
Cl2既是氧化剂，又是还原剂。氧化还原反 应发生在同一物质的同一个原子上，元素的原子
一部分被氧化，另一部分被还原，称为岐化反应。
活性物质PbO2
PbO2 +3H+ + HSO-4 +2e PbSO4 +2H2O =1.655V
液相反应机理
1. 氧化/还原反应发生在电极与溶液的界面 2. 中间步骤是溶液中的Pb2+进行氧化还原反应。
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（4）铅负极
铅负极的反应机理
Pb Pb2+ 2e
分子内氧化还原反应和岐化反应均称 为自氧化还原反应。
百度文库
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2.蓄电池（二次电池）
电池的放电产物可借助于通反向直流电流的方法使 其复原.
其充放电过程是一个电能和化学能相互转换的过程.
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一个电池体系满足哪些条件才能作为蓄电池？ 1. 电池反应可逆； 2. 只能采用一种电解质溶液 ； 3. 电池放电时固体产物难溶解于电解液中.
难点: 能斯特方程
课时: 8
2019/12/25
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目录
7.1 基本概念 7.2 电池反应的热力学 7.3 能斯特方程及其应用 7.4 化学电源与电解
2019/12/25
刘晓瑭
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7.4化学电源与电解
7.4.1 化学电源 简介
7.4.2 电解过程
电解
电能
电池
化学能
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第七章 氧化还原反应
本章要求: 理解氧化还原反应的有关概念，能较熟练地配平氧化还原
反应方程式。 理解标准电极电势的概念，并能用它来判断氧化剂和和还
原剂的强弱、氧化还原反应进行的方向以及计算平衡常数。 能利用能斯特方程式进行有关计算。 了解化学电源与电解 重点: 电极电势和能斯特方程及其应用
铅酸蓄电池的标称电压是2V，理论比能量是 166.9Wh/kg，实际比能量为35～45Wh/kg
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（1）铅酸蓄电池的组成
() Pb H2SO4 PbO2 ()
Pb + PbO2 +2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
计算铅酸蓄电池的标准电动势！
2019/12/25
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（2）铅酸蓄电池的热力学基础
电池反应、电动势及电极电势
双硫酸盐理论
Pb + PbO2 +2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
1. 对放电前后活性物质的物相分析 2. 对电解液浓度变化的精确测量
2019/12/25
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13
(3)二氧化铅电极
活性物质PbO2：疏松的多孔体 板栅：Pb合金铸造成的栅栏片状物体
刘晓瑭
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1.干电池
干电池的锌片外壳是负极，在电池中作为还原 剂。中间的碳棒是正极，它的周围用石墨和 MnO2的混合物填充固定。正极和负极间装入 氯化锌和氯化铁的水溶液作为电解质，为了防 止溢出，与浆糊制成糊状物。
电池放电时反应如下：
Zn+2MnO2+H2O＝Zn(OH)2+Mn2O3 普通干电池中学已经介绍过了，我们看一 下叠层式干电池和扣式电池。
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(2)正极材料
对锂离子正负极材料的要求：
1. 具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入 和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的 稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证 锂离子电池的循环寿命;
2. 充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出， 使电极具有较高的电化学容量;
负极
6C + xLi+ + xe LixC6
电池 6C + LiCoO2 LixC6 + Li1-xCoO2
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锂离子电池的优点
具有高比能量、长循环寿命、较宽的工作温度范围、 高可靠性等优点
2019/12/25
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锂离子电池的应用范围 小型电池：手机电池、笔记本电脑电池等 大型电池：电动自行车、电动摩托车、混 合动力汽车、电动汽车等 其它：人造卫星、航空航天和储能方面
2019/12/25
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53
LiCoO2正极材料
二维层状结构
锂离子电导率高，扩散系数10-9～10-7cm/s
充电上限电压4.3V，高于此电压基本结构会发生改变
LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe 制备方法
固相合成法
2019/12/25
刘晓瑭
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4. 在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较 小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离 子电池的广泛应用;
5. 锂离子应有较大的扩散系数，以减少极化造成的能 量损耗，保证电池有较好的快充放电性能;
6. 分子量小，提高重量能量密度；摩尔体积小，提高 体积能量密度.
Pb2+
铅负极的钝化
HSO-4
PbSO4
H+
铅负极钝化的原因、影响因素
铅负极活性物质的收缩
铅负极的添加剂
无机类添加剂：炭黑、BaSO4
有机类添加剂：木素、腐殖酸
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(5)铅酸蓄电池的电性能
铅酸蓄电池的充放电特性
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