Почему самое высокое напряжение литий-ионного аккумулятора не может пробить 4,2 В?

Параметр, описывающий размер накопителя энергии литиево-ионного аккумулятора, - это плотность энергии, которая приблизительно эквивалентна произведению напряжения и емкости литиевой батареи в числовом значении. Чтобы эффективно увеличить емкость литиевой батареи, люди обычно увеличивают емкость батареи для достижения цели. Однако из-за природы используемого сырья всегда существует предел увеличения емкости, поэтому увеличение значения напряжения становится еще одним способом повышения емкости литиевой батареи. Как вы знаете, номинальное напряжение литиевой батареи составляет 3,6 В или 3,7 В, а максимальное напряжение - 4,2 В. Так почему же напряжение литиевых батарей не стало большим прорывом? В конечном итоге это также определяется материалом и структурными свойствами литиевых батарей.

Напряжение литиевой батареи определяется потенциалом электрода. Напряжение, также известное как разность потенциалов или разность потенциалов, представляет собой физическую величину, которая измеряет разность энергии заряда в электростатическом поле из-за разного потенциала. Электродный потенциал литиевого иона составляет около 3 В, а напряжение литиевой батареи зависит от материала. Например, номинальное напряжение обычных литий-ионных батарей составляет 3,7 В, а полное напряжение - 4,2 В; Номинальное напряжение литий-железо-фосфатной батареи составляет 3,2 В, а полное напряжение - 3,65 В. Другими словами, разность потенциалов между положительным электродом и отрицательным электродом практической литий-ионной батареи не может превышать 4,2 В, что является требованием, основанным на материале и безопасности использования.

Если Li / Li + опорный потенциал электрического полюса, установите mu A как отрицательный относительный электрохимический потенциал материала, mu C как положительный относительный электрохимический потенциал материала, интервал потенциалов электролита Eg представляет собой разность между самым низким уровнем, занятым электронами, и самым высоким уровнем, занятым электронами. Итак, максимальное напряжение литиевой батареи определяется тремя факторами: mu A, mu C, mu Eg.

Разница между mica и micc - это напряжение холостого хода (максимальное напряжение) литий-ионной батареи. Когда напряжение находится в пределах диапазона Eg, электролит может работать нормально. «Нормальная работа» означает, что ионно-литиевая батарея перемещается между положительным и отрицательным электродами через электролит, но не выполняет РЕДОКС с электролитом для обеспечения стабильности конструкции батареи. Электрохимический потенциал материалов анода и катода приводит к неправильной работе электролита в двух формах:

1. Когда электрохимический потенциал отрицательного электрода выше, чем самый низкий уровень энергии, занимаемый электронами электролита, электроны отрицательного электрода будут захвачены электролитом, так что электролит окисляется, и продукт реакции образует " твердый и жидкий интерфейсный слой »на поверхности частицы материала отрицательного электрода, что может привести к разрушению отрицательного электрода.

2. Когда электрохимический потенциал положительного электрода ниже, чем наивысший уровень энергии, занимаемой электронами в электролите, электроны в электролите будут захвачены положительным электродом, который будет насыщен кислородом электролитом, и продукты реакции будут образовывать «слой раздела твердое тело-жидкость» на поверхности частицы материала положительного электрода, который может привести к разрушению положительного электрода.

Однако возможность того, что положительный или отрицательный электрод может быть поврежден, препятствует дальнейшему перемещению электронов между электролитом и положительным и отрицательным электродами из-за наличия межфазного слоя твердое тело-жидкость, который вместо этого защищает материал электрода. Другими словами, легкий межфазный слой твердое тело-жидкость является «защитным». Защитная предпосылка заключается в том, что электрохимический потенциал положительного и отрицательного электродов может немного превышать диапазон Eg, но не слишком сильно. Теперь, например, в материалах анода литий-ионной батареи в основном используется графит, потому что графит относительно электрохимического потенциала Li / Li + электрода составляет около 0,2 В, что немного превышает интервал Eg (1 В ~ 4,5 В), но из-за «защитного» «твердого и жидкого межфазного слоя», электролит не будет дальнейшего восстановления, чтобы остановить развитие реакции поляризации. Однако материал высоковольтного анода 5 В слишком сильно превышает диапазон Eg промышленных органических электролитов, поэтому он легко окисляется в процессе зарядки и разрядки. По мере увеличения количества зарядок и разрядок емкость уменьшается, а срок службы сокращается.

Теперь поймите, что напряжение холостого хода литий-ионной батареи было выбрано равным 4,2 В, потому что существующий коммерческий электролит литиевой батареи, например, находится в диапазоне от 1 В до 4,5 В, если можно было бы установить напряжение холостого хода для выходной мощности литиевой батареи 4,5 В. , но также увеличивают риск перезарядки аккумулятора, а значительный вред от перезарядки показал, что больше нечего сказать.

Согласно приведенным выше принципам, у людей есть только два способа улучшить удельную энергию литиевой батареи за счет увеличения значения напряжения. Один из них - найти электролит, который может соответствовать материалу положительного электрода с высоким значением напряжения; другой - провести модификацию защитной поверхности аккумулятора.