Battery

October 31, 2024

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电池

电池的原理

电池是一种将化学能转换为电能的装置。它通过电化学反应产生电流,主要由正极(阳极)、负极(阴极)和电解质三个基本部分组成。

工作原理

  1. 氧化还原反应
    • 在负极发生氧化反应,失去电子
    • 在正极发生还原反应,得到电子
    • 电子通过外电路从负极流向正极,形成电流
  2. 电解质的作用
    • 作为离子导体,允许离子在正负极之间迁移
    • 阻止电子直接在电池内部传递
    • 维持电化学反应的进行
  3. 电势差
    • 正负极之间存在电位差
    • 电位差大小决定了电池的输出电压
    • 不同类型电池有不同的标准电压

主要特性

  1. 电压
    • 开路电压:电池未连接负载时的电压
    • 工作电压:电池实际使用时的电压
  2. 容量
    • 表示电池储存电量的大小
    • 单位通常为mAh或Ah
  3. 内阻
    • 影响电池的输出功率
    • 内阻越小,电池性能越好
  4. 寿命
    • 循环寿命:可充电电池的充放电次数
    • 储存寿命:电池可以保存的时间

电池的分类

按化学性质分类

  1. 碱性电池
  2. 锂电池
  3. 镍氢电池
  4. 镍镉电池

按充放电次数分类

  1. 一次电池
  2. 可充电电池
电池类型 循环寿命 正极材料 负极材料 电解质 电压(V) 能量密度(Wh/kg) 主要应用
碳性电池 一次性 二氧化锰 氯化锌/氯化铵(酸性) 1.5 40-80 小型电子设备
碱性电池 一次性 二氧化锰 氢氧化钾 1.5 80-160 便携式电子设备
锂金属电池 一次性 二氧化锰 金属锂 有机电解液 3.0 280-600 医疗设备、军事装备
锰酸锂电池 中等(300-500次) 锰酸锂(LiMn₂O₄) 碳材料 有机电解液 3.7 100-150 电动工具、电动汽车
磷酸铁锂电池 优秀(3000-5000次) 磷酸铁锂(LiFePO₄) 碳材料 有机电解液 3.2 90-120 电动汽车、储能系统
三元锂电池(NCM) 良好(1000-2000次) 镍钴锰酸锂 碳材料 有机电解液 3.6-3.8 150-220 手机、笔记本电脑
三元锂电池(NCA) 良好(1000-2000次) 镍钴铝酸锂 碳材料 有机电解液 3.6-3.8 200-260 高端电动汽车
钴酸锂电池 中等(500-1000次) 钴酸锂(LiCoO₂) 碳材料 有机电解液 3.7 150-200 消费类电子产品
镍氢电池 良好(500-1000次) 氢氧化镍 氢吸收合金 氢氧化钾 1.2 60-120 便携式设备、混动汽车
镍镉电池 良好(500-1000次) 氧化镍 氢氧化钾 1.2 40-60 工业设备、应急照明

锂电池

锂电池是一类以锂金属或锂离子作为负极材料的电池。其中:

锂电池的具体类型(如锰酸锂、磷酸铁锂等)是按照正极材料来命名的,而不是负极。例如:

锰酸锂电池

锰酸锂电池使用锰酸锂(LiMn₂O₄)作为正极材料。其主要特点包括:

主要应用于电动工具和部分电动汽车。

磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池使用磷酸铁锂(LiFePO₄)作为正极材料。其主要特点包括:

广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。

三元锂电池

三元锂电池使用镍钴锰(NCM)或镍钴铝(NCA)作为正极材料。其主要特点包括:

主要应用于高端电动汽车、便携式电子设备等领域。

钴酸锂电池

钴酸锂电池使用钴酸锂(LiCoO₂)作为正极材料。其主要特点包括:

主要应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备。