鋰離子電池反應方程式
2021-2-22 19:23:06??????點擊：
鋰離子電池是建立在RCB理論的基礎上的。鋰離子電池的正負極均采用可供鋰離子（Li+）自由脫嵌的活性物質(zhì)，充電時Li+從正極脫嵌通過聚合物電解質(zhì)到達負極，得到電子后與碳材料結合變?yōu)長i×C6，放電時，鋰離子自負極析出，通過電解質(zhì)，到達正極，重新回到層狀鈷酸鋰的骨架中，恢復到充電前的狀態(tài)。充放電時離子的往返的嵌入、脫嵌正像搖椅一樣搖來搖去，故有人又稱鋰離子電池為“搖椅電池”，又叫RCB電池（英文RockingChairBatteries的縮寫）。
在用LiCoO2做正極，石墨做負極場合的可充鋰二次電池的構造為C∣ES∣LiCoO2（ES：Li+傳導性有機電解液）。以上組成的電池的端電壓是零伏，但在含有LiBF4，LiPF6等鋰離子的支持的非水溶劑中，充電時根據(jù)反應LiCoO2+6C→CoO2+LiC6的反應，因正、負極材料的活化蓄了電的二次電池則成為：LiC6∣SE∣CoO2。在這個電池中正極反應、負極反應和全電池反應分別以1-3式表示。
正極反應：CoO2+Li++e→LiCoO2（1）
負極反應：LiC6→Li++e+6C（2）
全反應：CoO2+LiC6→LiCoO2+6C（3）
化學上而言，負極的充電反應是鋰和石墨層間化合物（G∣C）生成的嵌入反應（石墨的還原），放電反應是脫嵌反應（氧化）。石墨層間Li嵌入作用的第一階為Li-GIC化學計量組成LiC6，生成LiC6所必須的電容量372mAh/g稱做石墨的理論容量。探索單位體積、單位重量能填充更多的可逆電容量的鋰離子的碳材料，就是開發(fā)更高能量密度、更高效率的鋰二次電池。
鋰離子電池存在的安全問題及對應措施
鋰離子電池具有高能量，循環(huán)次數(shù)長，效率高等優(yōu)點，廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中。
比如我們常用的充電寶就是由一節(jié)節(jié)18650鋰離子電池組成。
這種電池同樣組成了筆記本的電池。
當然鋰離子電池還有其他很多方面的應用。比如智能手機、移動設備絕大多數(shù)已經(jīng)是使用的鋰離子電池；電動助力車，電動汽車產(chǎn)業(yè)對于鋰離子電池的需求也越來越多；在未來的儲能領域，鋰離子電池也必將大放光彩。
可是在鋰離子電池造福人類的同時，它同樣存在著潛在的危險，時常發(fā)生的鋰離子電池的燃燒和爆炸事故給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了很大的威脅。
在2016年5月31號下午5點53分，江蘇南通啟東的江蘇海四達電源有限公司發(fā)生鋰電池火災爆炸事故，發(fā)生事故的是位于啟東市南苑西路上該公司一棟三層鋰電池滿電態(tài)擱置倉庫。消防官兵趕到后迅速開展撲救。在處置中，現(xiàn)場又突然發(fā)生爆炸。事故當場造成12名企業(yè)員工和8名消防隊員受傷。隨后，傷者被緊急送往南通和啟東醫(yī)院搶救治療。然而還是有1名消防人員和1名海四達員工經(jīng)搶救無效身亡。
目前初步調(diào)查出的事故原因，由于電池內(nèi)部短路造成迅速升溫，同時影響相鄰的電池發(fā)生變化造成的爆炸。
還有就是2016年1月1日的特斯拉ModelS充電中起火、北京南京合肥等多地電動車充電自燃、深圳電池廠突發(fā)大火、湖南運送鋰電池貨車高速路起火等事故。
據(jù)美聯(lián)社報道，波音警告客運航空公司稱批量運輸鋰離子電池可能造成毀滅性的火災。
美國聯(lián)邦航空管理局也發(fā)布聲明稱，其進行的測試表明運輸鋰電池存在巨大風險。
總體而言，根據(jù)FAA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1991-2007年間所發(fā)生的電池事故中，27%是鋰電池事故，而這些事故中，68％是由于內(nèi)部或外部短路造成，15％是由于充電或放電造成，7％由于設備意外啟動，10％為其他原因。鋰電池一旦出現(xiàn)燃燒情況，只有在它消耗完后，燃燒才能夠被熄滅，而且航空器上所配備的HALON1301滅火劑對阻止鋰電池熱失控根本起不了作用，這樣鋰電池航空運輸?shù)陌踩L險更為突出。
鋰電池雖然體積很小，卻具有很高的能量，同時含有可燃的電解液。這種能量如果應用的好就是高效的能源，應用的不好就會產(chǎn)生大量的熱引發(fā)燃燒，形成災害。一個電容為2-3Ah的鋰鈷18650離子電池的電能量就有25-40KJ，而它燃燒之后化學反應能產(chǎn)生的熱量能達到280KJ。也就是說鋰離子電池一旦發(fā)生熱失控，其產(chǎn)生的熱量是很大的，所以它的危害性也很大?？梢钥纯翠囯姵匕l(fā)生熱失控后的樣子。
科研人員實驗表明由于鋰電池內(nèi)部溫度升高，內(nèi)部發(fā)生熱失控反應，產(chǎn)生氣體使得鋰電池正極發(fā)生泄漏，從而形成小型的橘紅色炬狀火焰；與此同時電池內(nèi)部的電解液開始噴出并發(fā)生燃燒，很快形成強烈的火焰；之后正極處產(chǎn)生大量的白色火星并發(fā)出噼里啪啦的聲響，釋放出大量氣體并且劇烈燃燒。在幾秒內(nèi)這種現(xiàn)象速度加快，并發(fā)生爆炸性反應，產(chǎn)生巨大聲響。
鋰電池燃燒時最高溫度可達700多度，可見燃燒反應的激烈程度。
那么平時我們使用鋰電池需要注意什么問題呢？
不要過度的充放電。
過充和過放會對鋰電池造成很大的傷害，也很可能會使電池內(nèi)部溫度升高，引起燃燒。
現(xiàn)在的鋰電池的手機或充電寶在電池充滿后都會自動停充。也就是說，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。所以盡量不要過長時間充電。
同時經(jīng)常用光鋰電池的電量也是不可取的?！氨M量把手機電池的電量用完，最好用到自動關機”。這種做法其實只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應發(fā)生，不幸的是它也在鋰電池上是完全不適用的。如果你執(zhí)意要用流傳的“前三次12小時長充電激活”方法，實際上也不會有效果。
最好的方法是隨用隨充，隨充隨用。
不要讓鋰電池接觸高溫。
溫度對于電池壽命的影響力其實很大。溫度越高鋰電池的壽命越低，有實驗表明，在70多度時，電池池內(nèi)部就會發(fā)生自發(fā)的放熱反應，使得溫度急劇升高。在130多度時鋰電池會發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應，使得內(nèi)部壓力過大，頂開電池從而發(fā)生燃燒爆炸。
希望鋰電池造福人類的同時減少安全事故的發(fā)生，先進技術的研究還要進一步發(fā)展！
在用LiCoO2做正極，石墨做負極場合的可充鋰二次電池的構造為C∣ES∣LiCoO2（ES：Li+傳導性有機電解液）。以上組成的電池的端電壓是零伏，但在含有LiBF4，LiPF6等鋰離子的支持的非水溶劑中，充電時根據(jù)反應LiCoO2+6C→CoO2+LiC6的反應，因正、負極材料的活化蓄了電的二次電池則成為：LiC6∣SE∣CoO2。在這個電池中正極反應、負極反應和全電池反應分別以1-3式表示。
正極反應：CoO2+Li++e→LiCoO2（1）
負極反應：LiC6→Li++e+6C（2）
全反應：CoO2+LiC6→LiCoO2+6C（3）
化學上而言，負極的充電反應是鋰和石墨層間化合物（G∣C）生成的嵌入反應（石墨的還原），放電反應是脫嵌反應（氧化）。石墨層間Li嵌入作用的第一階為Li-GIC化學計量組成LiC6，生成LiC6所必須的電容量372mAh/g稱做石墨的理論容量。探索單位體積、單位重量能填充更多的可逆電容量的鋰離子的碳材料，就是開發(fā)更高能量密度、更高效率的鋰二次電池。
鋰離子電池存在的安全問題及對應措施
鋰離子電池具有高能量，循環(huán)次數(shù)長，效率高等優(yōu)點，廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中。
比如我們常用的充電寶就是由一節(jié)節(jié)18650鋰離子電池組成。
這種電池同樣組成了筆記本的電池。
當然鋰離子電池還有其他很多方面的應用。比如智能手機、移動設備絕大多數(shù)已經(jīng)是使用的鋰離子電池；電動助力車，電動汽車產(chǎn)業(yè)對于鋰離子電池的需求也越來越多；在未來的儲能領域，鋰離子電池也必將大放光彩。
可是在鋰離子電池造福人類的同時，它同樣存在著潛在的危險，時常發(fā)生的鋰離子電池的燃燒和爆炸事故給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了很大的威脅。
在2016年5月31號下午5點53分，江蘇南通啟東的江蘇海四達電源有限公司發(fā)生鋰電池火災爆炸事故，發(fā)生事故的是位于啟東市南苑西路上該公司一棟三層鋰電池滿電態(tài)擱置倉庫。消防官兵趕到后迅速開展撲救。在處置中，現(xiàn)場又突然發(fā)生爆炸。事故當場造成12名企業(yè)員工和8名消防隊員受傷。隨后，傷者被緊急送往南通和啟東醫(yī)院搶救治療。然而還是有1名消防人員和1名海四達員工經(jīng)搶救無效身亡。
目前初步調(diào)查出的事故原因，由于電池內(nèi)部短路造成迅速升溫，同時影響相鄰的電池發(fā)生變化造成的爆炸。
還有就是2016年1月1日的特斯拉ModelS充電中起火、北京南京合肥等多地電動車充電自燃、深圳電池廠突發(fā)大火、湖南運送鋰電池貨車高速路起火等事故。
據(jù)美聯(lián)社報道，波音警告客運航空公司稱批量運輸鋰離子電池可能造成毀滅性的火災。
美國聯(lián)邦航空管理局也發(fā)布聲明稱，其進行的測試表明運輸鋰電池存在巨大風險。
總體而言，根據(jù)FAA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1991-2007年間所發(fā)生的電池事故中，27%是鋰電池事故，而這些事故中，68％是由于內(nèi)部或外部短路造成，15％是由于充電或放電造成，7％由于設備意外啟動，10％為其他原因。鋰電池一旦出現(xiàn)燃燒情況，只有在它消耗完后，燃燒才能夠被熄滅，而且航空器上所配備的HALON1301滅火劑對阻止鋰電池熱失控根本起不了作用，這樣鋰電池航空運輸?shù)陌踩L險更為突出。
鋰電池雖然體積很小，卻具有很高的能量，同時含有可燃的電解液。這種能量如果應用的好就是高效的能源，應用的不好就會產(chǎn)生大量的熱引發(fā)燃燒，形成災害。一個電容為2-3Ah的鋰鈷18650離子電池的電能量就有25-40KJ，而它燃燒之后化學反應能產(chǎn)生的熱量能達到280KJ。也就是說鋰離子電池一旦發(fā)生熱失控，其產(chǎn)生的熱量是很大的，所以它的危害性也很大?？梢钥纯翠囯姵匕l(fā)生熱失控后的樣子。
科研人員實驗表明由于鋰電池內(nèi)部溫度升高，內(nèi)部發(fā)生熱失控反應，產(chǎn)生氣體使得鋰電池正極發(fā)生泄漏，從而形成小型的橘紅色炬狀火焰；與此同時電池內(nèi)部的電解液開始噴出并發(fā)生燃燒，很快形成強烈的火焰；之后正極處產(chǎn)生大量的白色火星并發(fā)出噼里啪啦的聲響，釋放出大量氣體并且劇烈燃燒。在幾秒內(nèi)這種現(xiàn)象速度加快，并發(fā)生爆炸性反應，產(chǎn)生巨大聲響。
鋰電池燃燒時最高溫度可達700多度，可見燃燒反應的激烈程度。
那么平時我們使用鋰電池需要注意什么問題呢？
不要過度的充放電。
過充和過放會對鋰電池造成很大的傷害，也很可能會使電池內(nèi)部溫度升高，引起燃燒。
現(xiàn)在的鋰電池的手機或充電寶在電池充滿后都會自動停充。也就是說，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。所以盡量不要過長時間充電。
同時經(jīng)常用光鋰電池的電量也是不可取的?！氨M量把手機電池的電量用完，最好用到自動關機”。這種做法其實只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應發(fā)生，不幸的是它也在鋰電池上是完全不適用的。如果你執(zhí)意要用流傳的“前三次12小時長充電激活”方法，實際上也不會有效果。
最好的方法是隨用隨充，隨充隨用。
不要讓鋰電池接觸高溫。
溫度對于電池壽命的影響力其實很大。溫度越高鋰電池的壽命越低，有實驗表明，在70多度時，電池池內(nèi)部就會發(fā)生自發(fā)的放熱反應，使得溫度急劇升高。在130多度時鋰電池會發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應，使得內(nèi)部壓力過大，頂開電池從而發(fā)生燃燒爆炸。
希望鋰電池造福人類的同時減少安全事故的發(fā)生，先進技術的研究還要進一步發(fā)展！
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