基于原电池学习锂离子电池的探究.doc

:..基于原电池学****锂离子电池的探究谢国伟(江西赣州宁都宁师中学342800)【摘要】化学与生活密切相关,近几年高考不断出现有关锂离子电池的考题,突出了锂离子在生活中的广泛应用的考查,高中阶段已掌握了一定的原电池基本原理和相关理论知识,本文将在此基础上探究锂离子电池的学****培养学生知识来源于生活,又运用到生活的思维,理论联系实际的辩证唯物主义辩证观。关键词:原电池,锂离子电池,,如2013全国理综新课标卷Ⅰ·27和2014年安徽理综卷27;说明考纲不仅要求学生掌握书本知识,而且要求了解与社会生活相关化学知识,培养学生理论联系实际,具有拓展思维和提升知识技能的能力。原电池是将化学能转化为电能的装置,主要由电极、电解质和隔膜组成。图1是原电池的基本结构,正极一般是较不活泼的金属材料、导电碳和金属氧化物(如Ag、C、Cu、MnO2等),负极一般是较活泼的金属(如Li、Zn、Fe等);电解质一般是强电解质溶液或者是熔融电解质,可以电离出离子,在电场作用下,提高离子迁移速率,降低电池内阻。隔膜主要是为了阻止正负极直接接触导致短路,但允许离子自由通过。现以锌为负极,铜为正极,1molL-1的硫酸铜为电解液为例,介绍原电池的基本原理;负极锌失去2e-,通过外电路电流表到正极铜,在电场作用,阳离子(Cu2+、H+)向正极移动,阴离子(SO42-、OH-)向负极移动,Cu2+的氧化性比H+更强,更容易得到电子,根据电荷平衡原理,Cu2+得到从外电路中转移过来的2e-,在铜电极上生成铜,这就完成了原电池的放电过程,其电极反应式为:负极(Zn):Zn–2e-=Zn2+正极(Cu):Cu2++2e-=Cu总反应的离子反应方程式为:Zn+Cu2+=Cu+Zn2+。-Cu原电池的结构图。,负极Zn换成Li片,电解质溶液CuSO4换成固体盐类(LiCl、LiBr)或溶解于有机溶剂的盐(LiClO4、LiBF4等),像这种以Li片为负极,金属氧化物或其他氧化剂物质为正极,固体盐类或溶解于有机溶剂的盐类为电解质所构成的原电池装置就是锂一次电池。由于锂质量轻、比容量高、能量密度大而用作电池的负极材料,但Li是一种非常活泼的碱金属,遇水会发生反应生成氢气,故在选择的电解质要避免含水,常用无机含锂盐为电解质(如LiClO4、LiAsF6、LiBF4等),正极一般为二氧化锰、氧化铜、三氧化钼等。以Li-MnO2锂一次电池工作原理和Zn-Cu电池基本相同,电极反应式为:负极(Li):Li-e-=Li+正极(MnO2):MnO2+e-=MnO2-电池的总反应为:Li+MnO2=LiMnO2锂一次电池在放电过程中,在隔膜上形成Li枝晶,易刺破隔膜导致短路。,人们发现用锂离子在正负极化合物中,进行充放电过程中进行嵌入/脱出,正负极材料均能可逆的接收锂离子,而对材料的结构不造成任何影响和破坏;像这种可充放电的电池称为锂二次电池,主要由正极、隔膜、电解液、负极和集流体等组成。正极材料主要有电位比较高