专题6 锂离子电池的化学原理
锂离子电池的工作原理及特性
锂离子电池的工作原理及特性锂离子电池具有体积小、重量轻、比能量高、单体电池电压高（３．６Ｖ）、寿命长和可安全快速充电等特点。
1、锂离子电池的结构圆柱形锂离子电池的基本结构如下图所示。
▲圆柱形锂离子电池的结构为了避免因使用不当而造成电池过放电或过充电，在单体锂离子电池内设有三种安全机构。
第一个安全机构为ＰＴＣ（正温度系数）元件，ＰＴＣ的阻值随温度的上升而上升，因而当电池内部的温度过高时，会自动切断负极与正极之间的电路；第二个安全措施是选择适当的隔板材料，当电池内温度上升到一定数值时，隔板上的微孔会自动溶解，从而使电池内的反应停止；第三个安全机构是设置安全阀，当电池内部的压力升高到一定数值时，安全阀将自动打开。
2、锂离子电池的工作原理锂离子电池的负极活性物质为石墨晶体，正极活性物质为二氧化钴锂ＬｉＣｏＯ２。
充、放电化学反应式为从反应式可以看出，锂永远以离子的形式出现，不会以金属的形式出现，所以这种电池称为锂离子电池。
3、锂离子电池的主要特性（1）充电特性曲线锂离子电池通常采用改进的恒压充电法。
其充电结束电压为４．２Ｖ。
（2）放电特性曲线锂离子电池的放电终止电压为２．７Ｖ。
采用１小时率、２小时率和５小时率放电时，放电特性曲线如下图所示。
▲锂离子电池的放电特性曲线从图上可以看出，采用１小时率放电时，放电时间大约为１ｈ。
采用５小时率放电时，放电时间大约为５ｈ。
（3）充放电循环特性锂离子电池的充放电循环特性曲线如下图所示。
▲锂离子电池的充放电循环特性从图上可以看出，经过３００次充放电循环以后，锂离子电池的容量仍然可达到其额定值的８５％以上。
（4）存储特性在不同环境温度下，锂离子电池存储后的剩余电量与存储时间的关系如下图所示。
▲剩余容量与存储时间的关系当环境温度为－２０℃时，存储６个月后，电池剩余容量仍可保持在额定容量的９０％以上。
环境温度为２０℃时，存储６个月后，电池的剩余容量仍可达到额定容量的７０％以上。
锂电池的化学热力学原理
锂电池是一种以锂离子在正负极之间迁移来产生电流的电池。
它基于化学反应，其中锂离子在电池的正极（正极材料）和负极（负极材料）之间来回移动，通过外部电路提供电力。
以下是锂电池的基本化学热力学原理：
1. 正极反应（正极材料）：
在正极，典型的材料是锂钴氧化物（LiCoO2）或其他锂过渡金属氧化物。
正极上的典型化学反应是：
这是一个氧化还原反应，其中锂离子从正极材料中脱离，形成自由的锂离子和电子。
2. 负极反应（负极材料）：
在负极，典型的材料是石墨（或类似的碳材料）。
负极上的典型化学反应是：
这是锂离子插入石墨晶格的过程，同时释放电子。
3. 总反应：
将正极和负极的反应结合，可以得到锂电池的总体反应：
在这个过程中，锂离子在正负极之间移动，同时释放电子。
4. 电动势和热力学：
电动势（电压）是由正极和负极之间的电势差产生的。
热力学角度来看，这个电池的电动势取决于正负极材料的标准电极电势和锂离子的化学势。
总体来说，锂电池的性能与正极和负极材料的选择有关，这些材料的化学反应和电化学性质决定了电池的性能、能量密度和循环寿命。
专题6-§3-2化学电源 同步练习-2020-2021学年高一化学苏教版(2019)必修第二册
专题6-§3-2化学电源（同步练习）班级姓名座号一、选择题（每小题只有一个正确答案）1.利用离子反应“Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋”设计原电池，下列设计不合理的是( )①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池②石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池③铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池④银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池A.①②B.②③C.③④D.②④2.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( )A.锌外壳是负极，石墨棒是正极材料B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳C.电流从锌外壳流到石墨棒上D.电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动3.(2020·湖北四地七校期中联考)如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使LED 灯发光的装置。
下列有关该装置的说法正确的是( )A.铜为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有Cu2＋产生B.其能量转化的形式主要是化学能→电能→光能C.如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将发生改变D.如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED灯将不会发光4.(2020·河北保定一中高一期中)某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。
该电池工作时，下列说法正确的是( )A.锌片作正极B.碳棒上有气泡产生C.可将电能转化为化学能D.电子由碳棒经导线流向锌片5.(2019·吉林第三中学阶段测试)原电池总反应离子方程式为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，能实现该反应的原电池是( )A.正极为铜，负极为镁，电解质溶液为稀盐酸B.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为稀硫酸C.正极为石墨，负极为镁，电解质溶液为CuSO4溶液D.正极为银，负极为镁，电解质溶液为NaCl溶液碱性锌锰电池铅－硫酸蓄电池原电池银锌纽扣电池2B.图Ⅰ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大C.图Ⅰ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变D.图Ⅰ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag7.(2019·山东邹平一中高一)某普通锌锰干电池的结构如图所示。
2022年山东高三7月-11月试题专题汇编专题6、电化学(原电池、电解池)原版
专题6、电化学（原电池、电解池）一、单选题1．(2022-2023济南高三上学期期中)基于硫化学的金属硫电池是有望替代当前锂离子电池技术，满足人类社会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示.下列有关叙述正确的是（）A ．该电池可采用含K +的水溶液或有机物为电解质溶液B ．放电时，电子的移动方向：电极a →电极b →隔膜→电极aC ．充电时，正极区可能发生的反应有223K S (26)e 3S 2K x x x x --+--=+D ．充电时，电路中转移2mole -时，负极质量减少78g2．（山东高三11月大联考）下列有关电化学实验装置或图示的说法错误的是（）A ．用图甲装置组装铜锌原电池B ．用图乙装置可实现反应222Cu+2H O Cu(OH)+H ↑点解C ．用图丙装置可制得消毒剂NaClO 同时减少2Cl 的逸出D ．图丁所示为埋在地下的钢管道采用牺牲阳极保护法防腐3．(2022年11月中学生标准学术能力诊断性测试)钠碱脱硫液（23NaOH Na SO +）吸收一定量2SO 气体后，可通过如图装置实现再生。
下列说法错误的是（）A．电极a应接电源的负极B．Na 自右向左穿过m膜，m膜应为阳离子交换膜H SO的pHC．出液2的pH大于进液24D．出液1可使品红溶液褪色4．(山东高三11月大联考)锂-氟化碳（氟气与碳生成的夹层化合物）电池在质量比能量、体积比能量、工LiBF溶液，总反应为作温度范围等方面具有明显优势而应用广泛．电解液为丙烯碳酸酯的4nLi+(CF)nLiF+nC，放电产物LiF易沉积，工作原理如图所示．下列说法正确的是（）nA．电池工作时，电子流动方向：电极a→负载→电极b→阳离子交换膜→电极a(CF)-ne nC+nFB．负极上的电极反应式为--nC．为了提高电池放电性能，可在电解液中添加合适的试剂溶解沉积在b极区的LiFD．电池工作一段时间后，a极区的电解液质量增大5．(2022年11月高三潍坊期中)锂离子电池具有能量密度大、工作寿命长的特点，其原理如图所示。
专题06 ksp专练(教师版) 备战2020高考化学二轮主观题必刷题集 _最新修正版
专题6 Ksp 专练1．Li 4Ti 5O 12和LiFePO 4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO 3，还含有少量MgO 、SiO 2等杂质）来制备，工艺流程如下：回答下列问题：（1）若“滤液②”中c(Mg 2+)=0.02 mol/L ，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe 3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe 3+)=1.0×10-5 mol/L ，此时是否有Mg 3(PO 4)2沉淀生成______________（列式计算）。
FePO 4、Mg 3(PO 4)2的Ksp 分别为1.3×10-22、1.0×10-24。
【答案】 Fe3+恰好沉淀完全时，c(PO 43-)=2251.3101.010--⨯⨯mol·L −1=1.3×10–17 mol·L −1，c 3(Mg 2+)×c 2(PO 43-)＝(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40＜K sp [Mg 3(PO 4)2]，因此不会生成Mg 3(PO 4)2沉淀 【解析】（1）Ksp[FePO 4]=c(Fe3+)×c(PO 43-)=1.3×10-2，则c(PO 43-)＝()sp 3K c Fe+＝1.3×10-17mol/L ，Qc[Mg 3(PO 4)2]＝c 3(Mg 2+)×c 2(PO 43-)＝(0.01)3×(1.3×10-17)2=1.69×10-40＜1.0×10—34，则无沉淀。
2．碳酸钠是一种重要的化工原料，主要采用氨碱法生产。
回答下列问题：（1）向含有BaSO 4固体的溶液中滴加Na 2CO 3溶液，当有BaCO 3沉淀生成时溶液中2324CO SO c c --（）（）=_____________。
化学电池原理
化学电池原理
化学电池是一种将化学能转化为电能的装置，它由正极、负极和电解质组成。
当化学电池接通外部电路时，正极发生氧化反应，负极发生还原反应，从而产生电流。
化学电池的原理是基于化学反应的能量转化，下面我们将详细介绍化学电池的原理。
首先，化学电池中的正极和负极是由不同的金属或化合物构成的。
正极通常是
一种氧化剂，而负极则是一种还原剂。
在电池工作时，正极和负极之间发生氧化还原反应，产生电子流动，从而产生电流。
其次，化学电池中的电解质在电池工作过程中起着重要的作用。
电解质是一种
能够导电的物质，它能够在正极和负极之间传递离子，维持电池的正常工作。
同时，电解质还能够阻止正极和负极直接接触，防止短路和损坏电池。
另外，化学电池的工作原理还与化学反应的热力学有关。
在化学反应中，会释
放出能量，这些能量将转化为电能。
化学电池中的化学反应是在闭合系统中进行的，因此产生的能量可以被完全转化为电能，从而实现能量的有效利用。
此外，化学电池的原理还与电极反应速率、电极表面积等因素有关。
电极反应
速率决定了电池的放电速率，而电极表面积则影响了电池的内阻和输出功率。
因此，设计合理的电极结构对于提高电池性能至关重要。
总的来说，化学电池的原理是基于化学反应的能量转化，通过正极、负极和电
解质之间的相互作用，将化学能转化为电能。
同时，化学电池的工作原理还受到化学反应热力学、电极反应速率、电极表面积等因素的影响。
了解化学电池的原理有助于我们更好地使用和设计电池，提高电池的性能和效率。
希望本文对化学电池的原理有所帮助，谢谢阅读！。
新教材适用2024版高考化学二轮总复习第1部分新高考选择题突破专题6化学反应与能量微专题2原电池新型
微专题2 原电池新型化学电源命题角度1 新型化学电源1. (2022·湖南选考)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂—海水电池构造示意图如下。
下列说法错误的是( B )A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D．该锂—海水电池属于一次电池【解析】锂—海水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－===Li＋，N极为正极，电极反应为2H2O ＋2e－===2OH－＋H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，和反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；故选B。
2. (2021·重庆选考)CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质。
当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。
下列说法错误的是( B )A．CO2－3迁移方向为界面X→电极bB．电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1∶1C．电极b为负极，发生的电极反应为2CO2－3－4e－===O2↑＋2CO2↑D．电池总反应为Li2CO3===Li2O＋CO2↑【解析】本题考查原电池的工作原理。
原电池中，阴离子向负极移动，则CO2－3由界面X向电极b移动，A项正确；由思路分析可知，转移4 mol电子时，电极a消耗1 mol O2，电极b生成2 mol CO2，物质的量之比为1∶2，B项错误；由思路分析可知，C、D两项正确；故选B。
平罗中学高中化学必修二第六章《化学反应与能量》经典练习(专题培优)
一、选择题1．一定温度下，向容积为4L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对反应的推断合理的是A．该反应的化学方程式为3B+4C⇌6A+3DB．反应进行到1s时，υ(A)=υ(D)C．反应进行到6s时，各物质的反应速率相等D．反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.025mol⋅(L⋅s)−12．在密闭容器里，A与B反应生成C，其反应速率分别用v A、v B、v C表示，已知2v B=3v A、3v C=2v B，则此反应可表示为A．2A+3B=2C B．A+3B=2C C．3A+B=2C D．A+B=C3．100mL6mol•L-1的硫酸和过量的锌粉反应，在一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，不可向溶液中加入的试剂是A．碳酸钠固体B．加CH3COONa固体C．水D．硫酸锌溶液4．两电极用导线连接插入电解质溶液中(不考虑溶液中溶解的氧气的影响)，你认为不能构成原电池的是()选项A B C D 电极材料Zn Fe Cu Al电极材料Cu Zn Ag Sn电解质溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4溶液NaOH溶液5．反应2NO2(g)O2(g)+2NO(g)，一定条件下，将NO2置于恒容密闭容器中发生上述反应。
下列能说明反应达到平衡状态的是（）A．气体密度保持不变B．混合气体颜色保持不变C．O2和NO的体积比保持不变D．每消耗2molNO2的同时生成2molNO6．H2S燃料电池应用前景非常广阔，该电池示意图如下。
下列说法正确的是A ．电极a 是正极B ．O 2-由电极a 移向电极bC ．电极 a 的反应式为：2H 2S+2O 2--4e -=S 2+2H 2OD ．当通入11.2 L O 2，转移电子数2N A7．一定温度下，在一个容积为2L 的密闭容器中发生反应4A(s)3B(g)2C(g)D(g)++，经2min 达到平衡状态，此时B 反应了1.2mol ，下列说法正确的是A ．充入2N (不参与反应)使压强增大可加快反应速率B ．0～2min 内，A 的平均反应速率为110.4mol L min --⋅⋅C ．平衡状态时，B 、C 的反应速率相等D ．0～2min 内，C 的平均反应速率为110.2mol L min --⋅⋅8．资料显示：自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。
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专题6 锂离子电池的化学原理
学号姓名
1．【2018全国Ⅲ卷5题】一种可充电锂–空气电池如图所示。
当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x = 0或1）。
下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2-x= 2Li + (1–x/2) O2
2．【2017全国Ⅲ卷11题】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li + x S8 = 8Li2S x（2≤x≤8）。
下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6 + 2Li+ + 2eˉ = 3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
3．【2018浙江17题】锂(Li)–空气电池的工作原理如图所示。
下列说法不正
．．确．的是( )
A ．金属锂作负极，发生氧化反应
B ．Li +通过有机电解质向水溶液处移动
C ．正极的电极反应：O 2 ＋ 4e ˉ = 2O 2ˉ
D ．电池总反应：4Li ＋ O 2 ＋ 2H 2O = 4LiOH
4．【2016四川卷5题】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。
放电时电池的总反应为： Li 1-x CoO 2 + Li x C 6 = LiCoO 2 + C 6 (x<1)。
下列关于该电池的说法不正确的是( )
A ．放电时，Li +在电解质中由负极向正极迁移
B ．放电时，负极的电极反应式为Li x
C 6 – xe ˉ = xLi + + C 6 C ．充电时，若转移1 mol e ˉ，石墨C 6电极将增重7x g
D ．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO 2 – xe ˉ = Li 1-x CoO 2 + Li +
5．【2014全国II 卷12题】2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是( )
A ．a 为电池的正极
B ．电池充电反应为LiMn 2O 4 = Li 1-x Mn 2O 4 + x Li
C ．放电时，a 极锂的化合价发生变化
D ．放电时，溶液中Li +从b 向a 迁移
6．【2014天津6题】已知：锂离子电池的总反应为：Li x C + Li 1－x CoO 2放电充电
C + LiCoO 2
锂硫电池的总反应为：2Li + S
放电充电
Li 2S
有关上述两种电池说法正确的是( )
A ．锂离子电池放电时，Li +向负极迁移
B ．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应
C ．理论上两种电池的比能量相同
D ．右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
7．【2014海南16题】锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO 4溶于混合有机溶剂中，Li +通过电解质迁移入MnO 2晶格中，生成LiMnO 2。
回答下列问题：
Li 2SO 4水溶液
LiMn 2O 4
Li
+快离子导体聚合物电解质
a
b
电解质LiCoO 2电解质
Li
(1)外电路的电流方向是由__________极流向__________极(填字母)。
(2)电池正极反应式为________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？__________(填“是”或“否”)，原因是
_________________________________________________。
1．【答案】D
【解析】A．放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，故A错误;
B．因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），故B错误;
C．充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，故C错误;
D．根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2–x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li+，所以总反应为：2Li + (1–x/2)O2 = Li2O2–x，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-X = 2Li + (1–x/2)O2，故D正确。
2．【答案】D
【解析】A．原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的进行可能发生多种反应，其中可能发生反应2Li2S6 + 2Li+ + 2eˉ = 3Li2S4，故A正确；
B．原电池工作时，转移0.02 mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g，故B正确；
C．石墨烯导电，S8不能导电，利用掺有石墨烯的S8材料作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；
D．电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。
3．【答案】C
【解析】A．在锂空气电池中，锂失电子作负极，故A正确；
B．Li在负极失电子生成Li+，Li+向正极移动，即通过有机电解质向水溶液处移动，故B正确；
C．正极上是氧气得电子生成氢氧根离子，则电极方程式为O2 + 4eˉ+2H2O = 4OHˉ，故C错误；
D．负极反应式为Li – eˉ = Li+，正极反应式为O2 + 2H2O+4eˉ= 4OHˉ，所以电池反应式为4Li + O2 + 2H2O = 4LiOH，故D正确。
4．【答案】C
【解析】A．放电时，阳离子向正极移动，故正确；
B．放电时，负极失去电子，故正确；
C．充电时，石墨电极反应为xLi+ + C6 + xe- = Li x C6，转移1 mol eˉ，增加1 mol Li+（7g），故C错误；
D．充电时阳极失去电子，为原电池的正极的逆反应，故正确。
5．【答案】C
【解析】A．根据图知，放电时，b电极上Li失电子生成Li+，所以b是负极，则a是正极，故A正确；
B．充电时，阴极反应式为xLi+ + xeˉ = xLi，阳极反应式为LiMn2O4– xeˉ = xLi+ + Li1-x Mn2O4，所以充
电反应为LiMn2O4 = Li1-x Mn2O4 + xLi，故B正确；
C．放电时，a极上Li元素化合价都是+1价，化合价不变，故C错误；
D．a是正极、b是负极，放电时电解质溶液中阳离子向正极移动，所以溶液中的Li+从b向a迁移，故D正确。
6．【答案】B
【解析】A．原电池中阳离子向正极移动，则锂离子电池放电时，Li+向正极迁移，故A错误；
B．锂硫电池充电时，锂电极与外接电源的负极相连，锂电极上Li+得电子发生还原反应，故B正确；
C．比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，锂硫电池放电时负极为Li，锂离子电池放电时负极为Li x C，两种电池的负极材料不同，所以比能量不同，故C错误；
D．充电时，正极接正极，负极接负极，连接错误，故D错误。
7．【答案】（1）b；a；
（2）MnO2 + eˉ + Li+ = LiMnO2；
（3）否；电极Li是活泼金属，能与水反应。
【解析】（1）Li为负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从b极流向a 极；
（2）MnO2为正极，被还原，电极方程式为MnO2 + eˉ + Li+ = LiMnO2；
（3）因负极材料为Li，可与水反应，则不能用水代替电池中的混合有机溶剂。