专题6 锂离子电池的化学原理

专题6 锂离子电池的化学原理

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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