電池容量が重要なパラメータ、陰極の材料容量の値、アノード材料の容量、負である - 正の容量比と電極電位と本明細書で慎重な検討を必要とする電池設計プロセスにおける他の要因、これは学習の著者でありますノートパソコンのバッテリーの設計。
材料は、電気化学反応に関与する全てのリチウムイオンを想定している電池は、正極材料の充電および結晶構造の関連する変更を電極材料の理論容量をリチウム原子を抽出すると、図5.1は、リチウム電池容量概略シート半分のリチウム金属酸化物カソード材料であります左カソード材料中のリチウム原子の充電時の容量、すなわち、提供することができ、リチウムイオン係数を吸蔵事実は、材料Gの実際の容量、1より小さい=リチウムを吸蔵×係数/コバルト酸リチウム274mAhの理論容量として理論容量をイオンGは、実際の容量は、一般に、G 140ミリアンペア時/ gであり、約0.5のリチウムイオンの脱離の係数、電気化学反応の能力に関与しない、すなわち、図の灰色部分が再生される。また、リチウム原子はまた、まだないリターンの小さな部分をオフに来ている場合でもこの部分は、初期構造の容量に戻ることができない初期構造は、正極材料の不可逆容量である。一般に、このような等の金属元素の種類、リチウムの原子半径比と金属元素、粒子サイズ、などの多くの変数の値、 LiCoO 2の3-5ミリアンペア時/ gでの初期不可逆容量が、LiNiO2と材料が20~30ミリアンペア時/ gである。一つまたは二つの充電/放電サイクルに供します100％に近いクーロン効率。
5-2の炭素系負極材料の概略図であり、リチウムの電池容量が半分シート黒鉛負極材料は、リチウム生産LiC6、372ミリアンペア時/ gの理論容量、及びLixC6の事実に反応（Xと反応します<1) , 石墨负极实际客容量一般360 mAh/g, 图中灰色部分即没有参与电化学反应的容量部分. 石墨负极的首次不可逆容量主要是由于电解液在负极表面形成SEI膜消耗锂离子造成的, 导致部分锂离子嵌入负极材料之后无法再次脱出返回金属锂电极. 这个不可逆容量与材料结晶度, 结构, 比表面积和颗粒粒径等相关. 商业化的石墨负极不可逆容量一般为20-30 mAh/g. 两个充电/放电周期后, 库仑效率也是接近100%.
完全な細胞、初期不可逆容量を有する負極材料のため、電池容量は、図に示した模式図によって説明することができる。5-3。初期充電では、リチウムの正極から出た材料は、負に形成されたSEI膜の表面の部分の消費を供給..負極不可逆G容量、後続の放電過程における初期不可逆反応、正と負極に基づいて、電池容量不可逆両方の場合において、差分容量がFcの正極材料不可逆乗客gの容量、活物質重量MCは想定発生しますFaを、活性物質MAの重量。のFc * Mcのあります < Fa*Ma, 即正极材料的不可逆容量小于负极不可逆容量时, 放电后负极返回到正极的锂不足以填充正极的容量, 正极部分容量无法得到充足的锂供应, 电池容量受到负极材料限制. 相反, 当Fc*Mc > FA *馬、不可逆容量すなわち、正極材料、負極の不可逆容量、十分なリチウム供給のための放電負極が、正極不可逆高容量よりも大きい場合、正極の可逆容量が制限されて、リチウムの一部はリチウム現象が分析され、負極側に残ります。従って、初期不可逆電極材料特性を制限することにより、電池の設計容量。
示されるように、正および負の電圧バッテリとの間に5-4の電位差が正と負極開放電圧に応じて設計する必要がある間、電池電圧が充放電温度と放電深度条件を考慮することが、必要である。あっても電池同じ電圧を示し、内部の正及び負電極とすることができる異なる電気化学的挙動。バッテリ充電バランスは、電池受信の容量よりも正と負の影響の電極電位の影響を受けません。
セルの平衡電位を模式的に図5-6及び図5-5に示されている。図5-5は、正極、電池の電位変化バランシングプロセスの場合、初期不可逆容量ことを示している。図5-6その時の初期負示します不可逆容量、電位等化変更処理セル。このセル設計調整処理を経て負極または正極不可逆容量を打ち消すために、正極と負極容量、リチウムの正または負極に添加し、過剰の等価物を達成するように調整されたとき等電位化調整やバッテリーのために設計されたこの容量、電圧、およびセキュリティ機能に密接に関連して、慎重に検討する必要があります。
電池容量の設計において、重要な基準は正よりも大きい可逆容量を有していなければならない負である。負極容量より多くの時間にもかかわらず、電池は、電池容量などのいくつかの利点を有していてもよく、但し、負にリチウムの充電中に発生する可能性が正極の負極の初期容量比は、正と負と仮定すると、すなわち、いわゆるN / P比（負極の初期容量/正極の初期容量）、1に設定されている場合、デンドライト析出面原因セキュリティの問題は、図5-7に示します電極も、正極の大容量と、電池容量が小容量の範囲に制限される。一方、大きな不可逆を用いて負極場合。同じ初期不可逆容量を有する、電池容量も80ミリアンペアであります容量と負極、正極の初期容量比が1.5である場合、電池容量が70ミリアンペアに低減される。これは、このような結果を回避するために、適切なN / P比を調整する必要性を説明します。
電池のサイクル寿命のN / P比も影響される場合。容量減衰を作製正極、負極、電解質とセパレータとの間の反応に起因し得る。定数N / P比は、負極がよりすなわち、正極の初期不可逆容量が大きいと想定され、1.1でしたそして、図5-8及び5-9は、正極及び電池のサイクル寿命および安全性の負極分解の低下の効果を示す。我々は、正極不可逆反応の100サイクル毎に10ミリアンペア、結果に容量の低下を招くと仮定した場合図5-8に示されている場合。最初に、電池容量があっても、正極の劣化、1.1のN / P比の100サイクル後、78ミリアンペアであり、200サイクル後に88ミリアンペアの実際のバッテリ容量、 N / P比は1未満です。リチウムが負極に析出し始め、電池容量はまだ88mAhですが、リチウム電池の安全性は深刻に脅かされています。
図5-9に示すように、負極の不可逆反応により100サイクルあたり10mAの容量が減少し、N / P比が1.1の場合、正負の初期不可逆容量はそれぞれ10mAと22mAと仮定した。初期の電池容量は78mAhであり、100サイクル後の正の減衰は68mAhであり、200サイクル後のN / P比は1.1より大きく、電池容量は58mAhに低下した。安全に問題はありませんが、バッテリー容量は徐々に消耗しています。
