锂电池化学反应方程式 什么是“锂电池”？如何工作的？

什么是“锂电池”？如何工作的？

问题1：什么是“锂电池”？

答：锂电池是一种以锂金属或锂合金为正负极材料，非水性电解质溶液的电池。

金属锂电池是由Gilbert N. Lewis提出。20世纪70年代，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学性质非常活跃，因此锂金属的加工、保存和使用对环境有着非常高的要求。随着科学技术的发展，锂电池已成为主流。

根据近年来的主流观点，锂电池可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含金属锂，可以充电。锂金属电池是第五代可充电电池，诞生于1996年。其安全性、比容量、自放电率和性价比均优于锂离子电池。可以形象地说，锂离子电池是锂金属电池的2.0升级版。

问题2：它是如何工作的？

答：锂金属电池：一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为

LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为

6C+xLi++xe- = LixC6

充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+Lix

正极材料：可选的正极材料很多，目前市场常见的正极活性材料如下表所示:

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌入。 充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。

负极材料：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。

充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

化学干货II高考化学原电池电极方程式汇总

1．铝—镍电池(负极—Al，正极—Ni，电解液—NaCl溶液、O 2 )

负极：4Al－12e－=4Al3＋；

正极：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－；

总反应式：4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3。

2．镁—铝电池(负极—Al，正极—Mg，电解液—KOH溶液)

负极：2Al＋8OH－－6e－=2AlO2-＋4H2O；

正极：6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－；

总反应离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑。

3．锂电池一型(负极—Li，正极—石墨，电解液—LiAlCl4—SOCl2)

已知电池总反应式：4Li＋2SOCl2=SO2↑＋4LiCl＋S。

试写出正、负极反应式：

负极：4Li－4e－=4Li＋；

正极：2SOCl2＋4e－=SO2↑＋S＋4Cl－。

4．铁—镍电池(负极—Fe，正极—NiO2，电解液—KOH溶液)

已知Fe＋NiO2＋2H2O放电充电Fe(OH)2＋Ni(OH)2，则：

负极：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2；

正极：NiO2＋2H2O＋2e－=Ni(OH)2＋2OH－。

阴极：Fe(OH)2＋2e－=Fe＋2OH－；

阳极：Ni(OH)2－2e－＋2OH－=NiO2＋2H2O。

5．LiFePO4电池(正极—LiFePO4，负极—Li，含Li＋导电固体为电解质)

已知FePO4＋Li放电充电LiFePO4，则

负极：Li－e－=Li＋；

正极：FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4。

阴极：Li＋＋e－=Li；

阳极：LiFePO4－e－=FePO4＋Li＋。

6．高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)

已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放电充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则：

负极：3Zn－6e－＋6OH－=3Zn(OH)2；

正极：2FeO4 2-＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－。

阴极：3Zn(OH)2＋6e－=3Zn＋6OH－；

阳极：2Fe(OH)3－6e－＋10OH－=2FeO4 2-＋8H2O。

7．氢氧燃料电池

(1)电解质是KOH溶液(碱性电解质)

负极：2H2－4e－＋4OH－=4H2O；

正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

总反应方程式：2H2＋O2=2H2O。

(2)电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)

负极：2H2－4e－=4H＋；

正极：O2＋4H＋＋4e－=2H2O；

总反应方程式：2H2＋O2=2H2O。

(3)电解质是NaCl溶液(中性电解质)

负极：2H2－4e－=4H＋；

正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

总反应方程式：2H2＋O2=2H2O。

8．甲烷燃料电池(铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入甲烷、电解液有三种)

(1)电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)

正极：2O2＋8e－＋4CO2=4CO32-；

负极：CH4－8e－＋4CO32-=5CO2↑＋2H2O；

总反应方程式：CH4＋2O2=CO2↑＋2H2O。

(2)酸性电解质(电解液为H2SO4溶液)

正极：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O；

负极：CH4－8e－＋2H2O=CO2↑＋8H＋；

总反应方程式：CH4＋2O2=CO2↑＋2H2O。

(3)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)

正极：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－；

负极：CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O；

总反应方程式：CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O。

9．甲醇燃料电池

(1)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)

正极：3O2＋12e－＋6H2O=12OH－；

负极：2CH3OH－12e－＋16OH－=2CO32-＋12H2O；

总反应方程式：2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O。

(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液)

正极：3O2＋12e－＋12H＋=6H2O；

负极：2CH3OH－12－＋2H2O=12H＋＋2CO2；

总反应方程式：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。

10．CO燃料电池(总反应方程式均为2CO＋O2=2CO2)

(1)熔融盐(铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气)

正极：O2＋4e－＋2CO2=2CO32-；

负极：2CO＋2CO32-－4e－=4CO2。

(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液)

正极：O2＋4e－＋4H＋=2H2O；

负极：2CO－4e－＋2H2O=2CO2＋4H＋。

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