鋰電池分析-充放電與循環(huán)伏安

1、1鋰電池分析鋰電池分析充放電與循環(huán)伏安充放電與循環(huán)伏安微電能實(shí)驗(yàn)室一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模航陙?lái)各種電子機(jī)器之小型、輕量化及手提化之進(jìn)展，從經(jīng)濟(jì)性，環(huán)保性及便利性上著眼，一次電池用完即丟的缺點(diǎn)將被取代，也促進(jìn)了高性能二次電池之研發(fā)。故本課程將針對(duì)鋰離子二次電池作簡(jiǎn)單介紹，使同學(xué)們了解鋰離子二次電池工作原理，並且透過(guò)本實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作，使同學(xué)們對(duì)於放電曲線圖、循環(huán)伏安測(cè)試圖形有進(jìn)一步的認(rèn)知。二.實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：鋰電池（LithiumBat

2、tery）的構(gòu)想最早出現(xiàn)於1947年，由法國(guó)工程師Hajek所提出，第一代的鋰電池採(cǎi)用鋰金屬作為負(fù)極，並以LiCoO2作為正（陰）極材料，雖然鋰金屬提供了重量輕及高操作電壓之優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)楦叱杀炯半姵胤锤渤浞胚^(guò)程中，鋰離子會(huì)在鋰金屬表面反覆地進(jìn)行電沉積（Electrodeposition）與電溶解（Electrodissolution），形成樹枝狀結(jié)晶物（DendriticStructure）與充放電反應(yīng)之「呆鋰」（DeadLi）的現(xiàn)象

3、。當(dāng)樹枝狀結(jié)晶物累積至一定程度後，有可能會(huì)刺穿隔離膜，穿越過(guò)電解質(zhì)液，並與正極相接觸，進(jìn)而造成電池內(nèi)部短路，放出大量的反應(yīng)熱，導(dǎo)致電池失效甚至引起爆炸。由於使用鋰金屬作為負(fù)極會(huì)有電池性能欠佳、使用安全上的疑慮及成本過(guò)高的考量，因此許多取代鋰金屬的方案在1980、1990陸續(xù)被提出，在1980年，Arm[12]提出“搖椅式電池”（RockingChairBatteryRCB）的概念，並採(cǎi)用嵌入式非金屬化合物負(fù)極材料（如碳材）來(lái)取代鋰金屬，

4、得以大幅提昇鋰電池之操作安全性。由於石墨態(tài)碳材具有層狀架構(gòu)，因此負(fù)極表面發(fā)生的反應(yīng)不再是單純的鋰金屬氧化還原反應(yīng)，而是鋰離子的嵌入（Intercalation）及嵌出（Deintercalation）的機(jī)制。圖2.2為此種鋰離子電池之充放電原理。當(dāng)電池進(jìn)3時(shí)，電容量仍在原容量80％以上）。鋰離子電池充飽時(shí)，在無(wú)負(fù)載時(shí)電壓為4.1～4.2V，電位若是低於3.6V左右會(huì)產(chǎn)生電壓陡降，一般手機(jī)會(huì)以沒(méi)電來(lái)表示，事實(shí)上是電壓不足不能再工作了。好的

5、座充是依照鋰電池特性而設(shè)計(jì)的。第一段充電是定電流充電，等到快充飽時(shí)再以定電壓﹝4.1～4.2V﹞充電的方式讓電池達(dá)到最佳狀態(tài)。循環(huán)伏安法循環(huán)伏安法(CyclicVoltammetryCV)：乃是以控制電極電位，以三角形電波之電位輸入待測(cè)物中，待電位線性增加至某一設(shè)定值後，再反向操作至原電位，電位改變期間若有氧化或還原反應(yīng)發(fā)生，則會(huì)有電流產(chǎn)生，而可得一電流對(duì)電位之關(guān)係。循環(huán)伏安法的分析應(yīng)用於電池研究，主要可利用在不同操作條件下（如循環(huán)次數(shù)