锂离子电池电压的形成原理有哪些

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上传日期: 2019-09-18

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标签:电荷(84)锂离子电池(953)

  全化成时会消耗掉从正极脱嵌的锂离子,如果我们可以让负极单独化成,待负极形成 SEI 膜后再与正极装配,这样就可以避免化成对正极锂离子的损耗,并大幅提升全电池的首次效率及容量

  对于各家材料厂而言,需要用一个统一且简单的方法来对其开发的材料进行;对于一些电池厂而言,在新购入的正负极材料进行批量投产前,用快速的方法对其性能进行评估也很有必要。为了达到这些目的,制作半电池就成了大家的不二选择。

  那什么是半电池呢?对于锂电行业的半电池而言,正极为待测试材料,如钴酸锂、磷酸铁锂、三元、石墨、中间相碳微球等;负极则统一为金属锂片。半电池的电解液和隔膜与全电池类似。以下是一个半电池照片:接下来就有两个问题产生了:

  1)对于全电池而言,石墨、中间相碳微球等都是做负极的,为什么在半电池中,这些材料成了正极?

  2)为什么半电池负极统一为金属锂片而非其它材料?下面先来看第一个问题。对于电池体系而言,决定谁是正负极的因素是发生反应时电压的相对高低:电压更高的一极才是电池的正极。以石墨半电池为例,锂离子在石墨中嵌入和脱嵌的电压(约 0.2V)要高于锂离子得电子后形成金属锂的电压(0V),因而石墨在与金属锂片组成的半电池中做正极,而金属锂片是负极。为什么半电池一定要用金属锂片做另外一极呢?依小编来看,主要原因有三个:

  1)锂单质更容易制备,且测试各种材料都使用锂单质做负极,便于不同材料、不同厂商之间的对比;

  2)锂单质可以提供锂源,这对于制作石墨、中间相这些没有锂源的材料的半电池而言,是必不可少的要求;

  3)锂离子电池与其“前辈”锂电池一脉相承,而锂电池就是用金属锂片做负极,二者存在着一定的继承关系。了解完了半电池的构成,我们再来看一看半电池的充放电特性。下面是一个钴酸锂为正极、锂片为负极的半电池的首次充放电曲线:

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