鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2148次 | 2021年06月08日
為何鋰離子電池的最高電壓低于4.2V
隨著社會(huì)的快速發(fā)展,我們的鋰離子電池也在快速發(fā)展,那么你了解鋰離子電池的電壓的詳細(xì)資料解析嗎?接下來讓小編帶領(lǐng)大家來詳細(xì)地了解有關(guān)的知識(shí)。表示鋰離子電池儲(chǔ)能尺寸的參數(shù)是能量密度,大約等于電壓與鋰離子電池容量的乘積。為了有效地新增鋰離子電池的存儲(chǔ)容量,人們通常使用新增電池容量的方法來實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。然而,由于所使用的原材料的性質(zhì),容量的新增總是受到限制,因此新增電壓值成為新增鋰離子電池的存儲(chǔ)容量的另一種方式。眾所周知,鋰離子電池的標(biāo)稱電壓為3.6V或3.7V,最大電壓為4.2V。那么,為何鋰離子電池的電壓不能獲得更大的突破呢?畢竟,這還取決于鋰離子電池的材料和結(jié)構(gòu)特性。鋰離子電池的電壓由電極電位決定。電壓,也稱為電勢(shì)差或電勢(shì)差,是一種物理量,用于測(cè)量由于電勢(shì)不同而出現(xiàn)的靜電場(chǎng)中電荷的能量差。鋰離子的電極電勢(shì)約為3V,并且鋰離子電池的電壓隨材料的不同而變化。例如,普通鋰離子電池的額定電壓為3.7V,充滿電后的電壓為4.2V。磷酸鋰鐵電池的額定電壓為3.2V,充滿電后的電壓為3.65V。換句話說,在實(shí)際使用中,基于材料安全和使用的要求,鋰離子電池的正極和負(fù)極之間的電勢(shì)差不能超過4.2V。
假如將Li/Li+電極用作參考電勢(shì),則μA是負(fù)極材料的相對(duì)電化學(xué)電勢(shì),μC是正極材料的相對(duì)電化學(xué)電勢(shì),并且電解質(zhì)電勢(shì)間隔Eg是最低的電子未占用能量液位和電解質(zhì)中的最高電子占據(jù)能量。級(jí)別之間的差異。然后,μA,μC和Eg這三個(gè)因素決定了鋰離子電池的最高電壓值。μA和μC之差是鋰離子電池的開路電壓(最高電壓值)。當(dāng)電壓值在例如Eg的范圍內(nèi)時(shí),可以保證電解質(zhì)的正常操作?!罢2僮鳌笔侵镐囯x子電池通過電解質(zhì)在正極和負(fù)極之間來回移動(dòng),但是不與電解質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而確保電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。正極材料和負(fù)極材料的電化學(xué)勢(shì)能通過兩種方式導(dǎo)致電解質(zhì)異常工作:1.當(dāng)負(fù)極的電化學(xué)勢(shì)高于電解質(zhì)的最低電子未占據(jù)能級(jí)時(shí),負(fù)極的電子將被電解質(zhì)捕獲,并且電解質(zhì)將被氧化,反應(yīng)產(chǎn)物將形成結(jié)果,“負(fù)極材料粒子的表面上的固液界面層”會(huì)損壞負(fù)極。2.當(dāng)正極的電化學(xué)勢(shì)低于電解質(zhì)的最高電子占據(jù)能級(jí)時(shí),電解質(zhì)中的電子將被正極俘獲,從而被電解質(zhì)氧化,從而形成“固體-“液體界面層”位于反應(yīng)產(chǎn)物正極材料顆粒的表面上。結(jié)果,正極可能被損壞。然而,損壞正電極或負(fù)電極的可能性是由于存在“固液界面層”,其防止了電子在電解質(zhì)與正負(fù)電極之間的進(jìn)一步移動(dòng)并保護(hù)了電極材料。固液界面層是“保護(hù)性的”。這種保護(hù)的前提是,正極和負(fù)極的電化學(xué)電位可以略微超過Eg間隔,但不能太大。例如,目前大多數(shù)鋰離子電池負(fù)極材料使用石墨的原因是因?yàn)槭嚓P(guān)于Li/Li+電極的電化學(xué)電勢(shì)約為0.2V,略高于Eg范圍(1V?4.5V),但是由于“保護(hù)”,“性”“固液界面層”阻止了電解液的進(jìn)一步還原,從而阻止了極化反應(yīng)的繼續(xù)發(fā)展。但是,5V高壓陰極材料超過了目前市售有機(jī)電解質(zhì)的Eg范圍,因此在充電和放電過程中容易被氧化。隨著充電和放電次數(shù)的新增,容量減小并且使用壽命減小。現(xiàn)在,我了解到鋰離子電池的開路電壓為4.2V,因?yàn)楝F(xiàn)有的商用鋰離子電池電解質(zhì)的Eg范圍為1V?4.5V。假如開路電壓設(shè)置為4.5V,則鋰離子電池的功率輸出可能會(huì)新增。但這也新增了電池過度充電的風(fēng)險(xiǎn)。許多數(shù)據(jù)已經(jīng)解釋了過度充電的危險(xiǎn),因此在此不再贅述。
根據(jù)上述原理,人們要想通過提高電壓值來提升鋰離子電池的能量密度,只有兩條道路可尋,一是找到可與高電壓值正極材料匹配的電解液,二是對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)性的表面改性。