作者：邓洪侠 王录飞

来源：《学校教育研究》2020年第02期

        在新版《普通高中化学课程标准》（2017年版）中关于化学电源的部分内容中明确指出，“认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用”“了解常见化学电源的工作原理”。在相关的学业要求中又具体描述为 “能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池和电解池”，“能列举常见的化学电源，并利用相关信息分析化学电源的工作原理”。

        2019年的诺贝尔化学奖授予了三位锂电科学家，全球目光聚焦锂电池，人们纷纷致敬伟大的科学家。锂是元素周期表中直径最小、密度最小的金属。因此，锂离子电池具有高电压、高比能量、体积小、重量轻、使用温度范围宽等优点。锂金属在1958年被引入电池领域，1970年进入锂一次电池的商业研发阶段。自1990年以来， 随着正极材料、负极材料与电解质的革新，可充放二次锂电池不断发展并实现商品化。如今锂电池技术仍在继续发展并将进一步改善人类生活。它不但广泛用于摄象机、笔记本电脑、移动电話等便携式电子设施，而且正在成为电动车、军事通讯、航天、航空领域电子设施的候选电源。今年来高考试题中多次出现以锂电池为代表的化学电源的相关考点，分析如下：

        首先，我们来举例辨析常见的锂电池和锂离子电池的不同。通常我们所了解的锂电池是指由锂金属做负极的电池，有一次电池和二次电池。目前科研论文中研究的多数是二次电池，商品化的锂电池多数为一次电池。这些电池负极锂失电子，正极得电子的物质可以是S、I2、MnO2、O2等。例如：

        （2018全国Ⅲ卷T11） 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- ）O2

        本题以化学电源中的锂空气电池为知识载体，考察学生对化学电源的电池结构、原理、电极反应等知识的掌握程度。根据题目提供的信息，在非水电解质溶液体系中，电池放电时发生的电极反应如下：

        作为二次电池，电池充电后生成金属锂和氧气。充电时电极反应如下：

        放电时锂失电子，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极。充电时锂电极作为电解池的阴极，溶液中的锂离子在锂电极表面获得电子而被还原为金属锂。因此选项D正确。

        还有一类是锂离子电池，这类电池的负极通常是锂离子嵌入到碳材料中，正极常见的有LiCoO2、LiNiO2 、LiMnO2 、LiMn2O4 等。一般来讲 ，普通电池的工作原理大都基于“氧化-还原反应”，而锂离子电池原理除“氧化-还原”以外，还基于电化学嵌入/脱嵌反应。放电时，Li+从负极脱出嵌入正极，充电时从正极脱出嵌入负极。

        放电时负极失电子，正极材料中的 Co、Ni、Mn元素得电子。锂离子从负极材料中脱出，经过电解质溶液嵌入到正极材料中。充电时锂离子从阳极脱出嵌入阴极。例如：

        （2016四川T5）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：Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+ C6（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LixC6 - xe-=== xLi++ C6

        C.充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xg

        D.放电时，正极上锂元素的化合价没有改变

        放电时Li+从负极脱出嵌入正极，所以负极的电极反应式为LixC6 - xe-=== xLi++ C6，正极的电极反应式为Li1-xCoO2+ xe- +x Li+===LiCoO2。放电时正极钴元素得电子，锂元素的化合价没有变化。充电时阴极的电极反应xLi++ C6+ xe-=== LixC6，转移1mole-石墨C6电极将增重7g，所以C错误。

        综上所述，尽管锂电池、锂离子电池的材料、电解质可能不同，但其基本原理是相同的。所以电化学的解题思路源于教材中涉及的电化学的基本原理理，理解基本原理，解决问题更轻松。下载本文