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分析鋰離子電池負(fù)極存在的四個(gè)問題

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2458次  |  2020年12月18日  

分析了鋰離子電池負(fù)極存在的四個(gè)問題


鋰離子電池的輸出電壓等于其正負(fù)電壓之差。因此,鋰離子電池的去包埋鋰電壓決定了電池的輸出電壓(至少一半)。負(fù)工作電壓越低,電池的工作電壓越高。


1.負(fù)極的重要性是什么?


鋰離子電池中負(fù)極的重要性在哪里?鋰離子電池的輸出電壓等于其正負(fù)電壓之差。因此,鋰離子電池的去包埋鋰電壓決定了電池的輸出電壓(至少一半)。負(fù)工作電壓越低,電池的工作電壓越高。


電池的比容量由正極的比容量和負(fù)極的比容量決定,而負(fù)極的比容量至少?zèng)Q定電池的比容量的一半。


電池的實(shí)際可用容量也與負(fù)去鋰電壓通道的偏斜有關(guān)。去鋰電壓通道越平坦,負(fù)極有效容量越大,電池的比容量也越大。


假設(shè)正容量為PmAh/g,負(fù)容量為QmAh/g,則電池x的理論容量滿足如下公式


2.質(zhì)量比能量和電壓之間的讓步


嚴(yán)格地說,這個(gè)讓步不包括鋰。金屬鋰的工作電壓為0V,理論容量為3862mAh/g,實(shí)際容量由活性物質(zhì)的利用率決定。


為何回去?一般來說,電流負(fù)極候選數(shù)據(jù)(不包括金屬鋰)的一個(gè)基本特點(diǎn)是,活性電極數(shù)據(jù)的容量越大,去鋰電壓通道越高(可能是均勻值)。例如,類石墨碳數(shù)據(jù)的均勻去鋰電位為0.15v,實(shí)際容量為350mAh/g。Sn負(fù)極的鋰去除電位均勻,為0.5v,理論容量為990mAh/g。Si負(fù)極的均勻鋰去除電位為0.45v,理論容量為4200mAh/g。Sn和Si的實(shí)際可用容量尚未確定,最終由使用條件決定。


電池的能量密度和比特性是工作電壓(正、負(fù)電壓差)和質(zhì)量比容量(或體積比容量)的乘積。當(dāng)使用Si或Sn來代替碳基數(shù)據(jù)時(shí),電池比容量的大幅新增是否能夠彌補(bǔ)電池工作電壓的下降,是一個(gè)要考慮的重要因素。給出了一個(gè)簡單的例子。磷酸鐵鋰的工作電壓為3.45v,容量為160mAh/g。1g磷酸鐵鋰與石墨碳(0.15v,350mAh/g實(shí)際容量)匹配,與0.457g石墨碳匹配,整個(gè)電池的理論比能為(3.45-0.15)V*160mAh/1.457g=362.3mwh/g。


1g磷酸鐵鋰配合Si負(fù)極。Si負(fù)極按0.45v和4200mAh/g計(jì)算,匹配后整個(gè)電池的比能為(3.45-0.45)V*160mAh/1.038g=462mWh/g。值得注意的是,硅陽極容量的新增可以補(bǔ)償由于鋰去除電壓的新增而導(dǎo)致的電池電壓的降低。當(dāng)然,這是一個(gè)理論上的考慮,因?yàn)镾i負(fù)極的實(shí)際容量可能達(dá)不到理論值。假設(shè)Si負(fù)極的實(shí)際容量為p,則應(yīng)滿足滿電池比能大于362.3mWh/g的條件


當(dāng)然,上面的方程仍然有一點(diǎn)簡化,沒有考慮Si負(fù)電壓和電容之間的關(guān)系,但它可以說明我們目前審查的目的。核算可以得到p至少492.5mAh/g,換句話說,Si負(fù)的實(shí)際容量要大于492.5mAh/g的能力,才能保證電池的質(zhì)量比不差(與磷酸鐵鋰/石墨炭系統(tǒng)相比)。開發(fā)大容量的c-si復(fù)合陰極數(shù)據(jù)也可以借鑒上述意見。粗略地說,實(shí)踐中c-si復(fù)合陰極Si部分的專用容量不應(yīng)小于492.5mAh/g,否則沒有意義。


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