Las baterías de litio se utilizan ampliamente en teléfonos móviles y portátiles debido a su rendimiento seguro y fiable, tamaño pequeño, peso ligero, alta eficiencia y reversibilidad.

⑴ Cátodo:? LiMO 2 = Li 1 -x MO 2 + x Li + + x e

Ánodo:? nC＋ x Li + + x e＝Li x C n

La reacción directa es la carga y la reacción inversa es la reacción de descarga. (4 puntos)

⑵ O: empaquetamiento cerrado centrado en la cara cúbica; Li y M ocupan espacios octaédricos; (1 punto)

Una celda unitaria con oxígeno como vértice se expresa como sigue:

(2 puntos)

⑶ (3 puntos)

⑷ El litio es activo y reacciona fácilmente con el electrolito para formar dendritas de litio, lo que hace que la batería corroerse o explotar. (1 punto)

Los metales con puntos de fusión bajos como Si, Bi, Pb, Sn, Cd, etc. también se pueden dopar con litio para formar aleaciones metálicas, o electrolitos como los electrolitos líquidos LiPF 6, Se pueden utilizar LiBF 6, LiAsF 6 y LiOSO 2 CF 3 (los disolventes orgánicos no pueden contener agua), electrolitos sólidos, etc. (1 punto)

⑴El proceso de carga y descarga de la batería de litio es el proceso de inserción y desintercalación de iones Li (porque Li+ migra del cátodo al ánodo durante la carga, y ocurre lo contrario durante la descarga). ), la carga interna de la batería El ion es Li + . Por lo tanto, al cargar,

Ánodo: xLi + +C n +xe - →Li x C n

Cátodo: LiMO 2 -xe - →Li 1-x MO 2 +xLi +

La reacción ocurre en la dirección opuesta durante la descarga.

⑵Según el significado de la pregunta, LiMO 2 tiene una estructura de espinela. En esta estructura, O 2- es cúbico centrado en las caras y Li + y M llenan alternativamente todos los espacios octaédricos. Se puede ver en la figura que las coordenadas de la fracción atómica de M 3+ y Li + en este método de dibujo son: (0, 0, 0), (1/2, 1/2, 0), (1/2, 0, 1/2), (0, 1/2, 1/2) - es decir, distribuidas alternativamente en los vértices y centro de la cara; y las coordenadas de la fracción atómica de O 2- son (1/2, 0, 0), (0, 1/2, 0), (0, 0, 1/2), (1/2, 1/2, 1/2), es decir, las posiciones del centro del borde y el centro del cuerpo. Por lo tanto, las coordenadas se desplazan. Después de que O 2- se traslada a la posición del vértice de la celda unitaria, M 3+ y Li + se ubican alternativamente en el centro angular y el centro del cuerpo de la celda unitaria. Como se muestra en la siguiente figura:

⑶Li + está incrustado entre las estructuras estratificadas de grafito. Se produce una cierta interacción electrostática entre los átomos de carbono y los iones de litio, y el volumen de grafito se convierte. un poco más grande. Cuando están completamente incrustados, los iones de litio forman un cristal hexagonal simple. El diagrama esquemático de la estructura de la celda unitaria es el siguiente:

(4) El litio es un metal activo, por lo que se elimina fácilmente. reacciona con el electrolito para formar cristales de litio, provocando que la batería se corroa o explote. Los materiales que pueden sustituir al grafito deben cumplir al menos las siguientes condiciones: primero, no pueden reaccionar químicamente con el litio; segundo, es mejor tener una estructura en capas para que se pueda incrustar Li+ y tercero, pueden conducir electricidad; Por lo tanto, metales de bajo punto de fusión como Si, Bi, Pb, Sn, Cd, etc. pueden doparse con litio para formar aleaciones metálicas, o electrolitos como los electrolitos líquidos LiPF 6, LiBF 6, LiAsF 6 y LiOSO 2 CF 3. Se pueden utilizar (los disolventes orgánicos no pueden contener agua), electrolitos sólidos, etc.