新型化学电源的电极反应原理.pdf

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1、电池工业第9卷第1期2004年2月新型化学电源的电极反应原理张勇，胡信国，张翠芬(哈尔滨工业大学应用化学系，黑龙江哈尔滨150001)摘要：介绍了新型化学电源的研究现状，闸述了常见二次电池的电极反应原理，铅蓄电池的电极反应为溶解-沉积机理;MH-Ni电池为固溶体反应，锂离子电池是典型的嵌入型电极反应，锂聚合物电池招聘广告正极为嵌入型反应，负极为锂的溶解-沉积反应。关键词：化学电源；铅蓄电池；MH-Ni电池；锂离子电池；锂聚合物电池中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1008-7923(2004)01-0033-04El

2、ectrodereactionmechanismofnewelectrochemicalpowersourcesZHANGYong，HUXin-guo，ZHANGCui-fen(DepartmentofAppliedChemistry，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHeilongjiang150001，China)Abstract：Thedeveiopmentstatusofneweiectrochemicaipowersourceswasintroduced.Andtheeiectrode

3、reactionmechanismsofthecommonsecondarybatterieswereexposedtoo.Theeiectrodereactionofiead-acidbatterywasdissoiution-aggradationmechanism.Ni-MHbatterywassoiidsoiutionreaction.Li-ionbatteryhasthetypicaiintercaiationeiectrodereaction.Andthepositiveeiectrodeandnegativeeie

4、ctrodeofiithiumpoiymerbatterywereintercaiationreactionanddissoiution-aggradationreactionrespectiveiy.Keywords：eiectrochemicaipowersources；iead-acidbatteries；Ni-MHbatteries；iithium-ionbatteries；iithiumpoiymerbatteries0前言1铅蓄电池从1859年普莱得(Piante)试制成功化成式铅酸铅蓄电池具有价格低廉，原料易得，使

5、用可靠，蓄电池以后，化学电源进入了萌芽状态。在100多又可大电流放电等优点，因此，一直是化学电源中产年的发展过程中，新系列的化学电源不断出现，化学量大、应用广的产品。电源的性能得到不断改善。特别是二次世界大战以铅蓄电池电极反应机理是溶解沉积机理[2]，属于后，化学电源的发展更加迅速。后来产生了Cd-Ni电结构发生重大变化的电极体系。铅蓄电池的正极活池，20世纪80年代产生了MH-Ni电池，经过近20性物质是PbO，其放电反应机理可以表示如下[3]：2年的探索，终于在20世纪90年代初研制出锂离子+4+PbO2+4H～Pb+2H2

6、O(溶解)电池[1]，还有锂聚合物电池，它们的发展也到了即将4+2+(电子转移)Pb+2e～Pb商品化的阶段。2+2-Pb+SO4～PbSO4(沉积)总反应：2-+PbO2+SO4+4H+2e～PbSO4+2H2O收稿日期：2003-04-30即反应的第一步为PbO2通过电化学溶解生成作者简介：张勇(1976-)，男，陕西省人，博士研究生。4+离子，Pb4+还原生成游离的Pb2+离子，然后与溶Biography：ZHANGYong(1976-)，maie，candidateforPHD.Pb33Vol.9No.1Feb.2004

7、电池工业张勇等：新型化学电源的电极反应原理液中SO2-离子结合生成不溶性的PbSO。正极的充示的层状晶体结构[5]，其中镍离子和上下两层氧原子44电反应则正好与此相反，即首先PbSO4溶解释放出构成原子密实层，而两个原子密实层之间靠范德华2+离子，然后Pb2+离子氧化为Pb4+，最终生成PbO力结合，其充放电反应可表示如下：Pb2活性物质(图1b)。充电-ni(OH)2+OHniOOH+H2O+e铅蓄电池的负极反应也是通过这种溶解沉积机放电理进行的[4]，负极活性物质是Pb粉，其放电反应为：当"-niOOH正极放电时，ni3+被

8、还原为ni2+，2+(溶解)使附近的氧离子呈现过剩负电荷。这时水分子分解Pb-2e～Pb2+2-生成的H+迅速迁至层间中和局部剩余负电荷；充电Pb+SO4～PbSO4(沉积)放电时，Pb在硫酸中的阳极氧化过程中电势低过程与此相反。于某临界值时，溶解为Pb2+或可