A capacidade da bateria é um parâmetro importante, o valor da capacidade material do cátodo, a capacidade material do ânodo, negativo - relação de capacidade positivo e o potencial do eletrodo e outros fatores no processo de design da bateria, o que exige uma análise cuidadosa aqui, este é o autor de aprendizagem projeto da bateria do notebook.
A figura 5.1 é um material de cátodo de óxido de metal de lítio de uma folha esquemática metade da capacidade da bateria de lítio quando o carregamento da bateria, um material de eléctrodo positivo e extrair átomos de lítio mudança associada na estrutura de cristal da capacidade teórica do material de eléctrodo é um material de supor que todos os iões de lítio envolvidos na reacção electroquímica a capacidade pode ser fornecido, isto é, quando o carregamento de átomos de lítio no material do cátodo para a esquerda e o facto deintercalating coeficiente de iões de lítio é inferior a 1, a capacidade real do material de g = coeficiente × deintercalating lítio iões capacidade teórica como a capacidade teórica de 274mAh cobaltato de lítio / g, a capacidade efectiva é geralmente jogado g 140 mAh / g, o coeficiente de deintercalation de iões de lítio de cerca de 0,5, isto é, a FIG porção de cinza que não estão envolvidos na capacidade da reacção electroquímica. Além disso, mesmo se os átomos de lítio também são saindo de uma pequena porção do ainda não retornar a estrutura inicial, esta parte não pode voltar para a capacidade de estrutura inicial, é a capacidade irreversível do material de eléctrodo positivo. o valor de muitas variáveis, tais como o tipo de elemento de metal, a relação do raio atómico de lítio e um elemento de metal, de tamanho de partícula, etc, em geral, LiCoO2 capacidade irreversível inicial de 3-5 mAh / g, o material é LiNiO2 20-30 mAh / g. sujeitas a ciclos de um ou dois de carga / descarga a eficiência de Coulomb perto de 100%.
5-2 é uma vista esquemática de um material de eléctrodo negativo à base de carbono, a capacidade da bateria do material de eléctrodo negativo metade folha de grafite lio reage com a produção de lítio LiC6, capacidade teórica de 372 mAh / g, e de facto a reacção de LiXC6 (x<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%.
Para célula completa, material de ânodo, tendo uma capacidade irreversível inicial, a capacidade da bateria pode ser descrito por um diagrama esquemático mostrado na Fig. 5-3. Em que a carga inicial, o material que sai a partir do eléctrodo positivo de lítio fornecido, o consumo de uma porção da superfície do filme SEI formado no negativo a reacção irreversível inicial no processo de descarga subsequente, a capacidade da bateria com base no eléctrodo positivo e negativo irreversível em ambos os casos a capacidade de diferença ocorre assumido material de eléctrodo irreversível de capacidade positiva passageiro g de Fc, de peso de material activo Mc; .. o eléctrodo negativo irreversível capacidade g Para o Fa, o peso vivo é Ma. Quando Fc * Mc < 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 * Ma, capacidade irreversível isto é, um material de eléctrodo positivo é maior que a capacidade negativo eléctrodo irreversível, o eléctrodo negativo de descarga para fornecimento de lítio adequado, mas o positivo eléctrodo irreversível alta capacidade, a capacidade reversível positivo eléctrodo é limitado, uma parte do lítio permanece no lado do eléctrodo negativo, não serão analisadas fenómeno de lítio. Portanto, o design da capacidade da bateria é limitado pelas propriedades irreversíveis iniciais do material do eletrodo.
Como mostrado, a tensão da bateria é entre 5-4 diferença de potencial entre a bateria positivo e negativo de tensão tem de ser desenhado de acordo com a tensão de circuito aberto de eléctrodo positivo e negativo, que ter em conta as condições de temperatura de carga-descarga e de profundidade de descarga. Mesmo uma bateria mostrou a mesma voltagem, eléctrodos positivos e negativos internos podem ser comportamento electroquímico diferente. equilíbrio de carga da bateria não é influenciado apenas pelo potencial de eléctrodo da influência positiva e negativa do que a capacidade de recepção da bateria.
O equilíbrio de potencial na bateria é mostrado esquematicamente nas Figuras 5-5 e 5-6. A Figura 5-5 mostra o potencial processo de troca de balanço da bateria quando a capacidade irreversível inicial do eletrodo positivo aumenta. A Figura 5-6 mostra o valor inicial do eletrodo negativo. quando a capacidade irreversível, o potencial de célula processo de mudança de equalização. este processo de ajuste concepção da célula através foi ajustada para alcançar o eléctrodo positivo e a capacidade do eléctrodo negativo, o equivalente de excesso adicionado no eléctrodo positivo ou negativo de lítio, para neutralizar o eléctrodo negativo ou a capacidade irreversível positivo eléctrodo Este ajuste de projeto do balanço potencial está intimamente relacionado à capacidade da bateria, voltagem e características de segurança e deve ser cuidadosamente considerado.
No que diz respeito ao design da capacidade da bateria, um critério importante é que o eletrodo negativo deve ter uma capacidade reversível maior do que o eletrodo positivo. Embora a capacidade do eletrodo negativo seja menor, a bateria pode ter algumas vantagens, como uma grande capacidade da bateria, mas o lítio pode aparecer no eletrodo negativo durante o carregamento. Os depósitos dendríticos na superfície causam problemas de segurança. Conforme mostrado na Figura 5-7, se a relação de capacidade inicial do eletrodo negativo para o eletrodo positivo for ajustada para 1, a chamada Razão N / P (capacidade inicial de eletrodo negativo / capacidade inicial de eletrodo positivo), assumindo eletrodos positivos e negativos Os eletrodos têm a mesma capacidade inicial irreversível e a capacidade da bateria também é de 80 mAh. Mesmo com um eletrodo de maior capacidade positiva, a capacidade da bateria é limitada a uma menor capacidade. Por outro lado, se o eletrodo negativo for usado em uma grande irreversível Capacidade e eletrodo negativo, quando a relação de capacidade inicial do eletrodo positivo é de 1,5, a capacidade da bateria é reduzida para 70 mA. Isso significa que a relação N / P precisa ser ajustada corretamente para evitar esse efeito.
A relação N / P também afeta a vida útil da bateria. A atenuação da capacidade pode ser devida à reação entre eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito e separador. Quando a relação N / P constante é 1.1, a capacidade irreversível inicial do eletrodo negativo é suposto maior que a do eletrodo positivo. A Figura 5-8 ea Figura 5-9 ilustram os efeitos da degradação do cátodo e da degradação do ânodo sobre a vida do ciclo e a segurança da bateria, respectivamente. Se assumirmos que a reação irreversível do eletrodo positivo por cada 100 ciclos resultará em uma diminuição da capacidade em 10 mA, os resultados Conforme mostrado na Figura 5-8. No início, quando a capacidade da bateria é de 78 mA, mesmo após o eletrodo positivo ser degradado após 100 ciclos, a relação N / P é 1,1 e a capacidade real da bateria é de 88 mA, após 200 ciclos. A relação N / P é inferior a 1. O lítio começa a depositar no eletrodo negativo e a capacidade da bateria ainda é de 88 mAh. No entanto, a segurança da bateria de lítio está seriamente ameaçada.
Conforme mostrado na Fig. 5-9, a reação irreversível do eletrodo negativo resultou em uma diminuição da capacidade de 10 mA por 100 ciclos. Para uma relação N / P de 1.1, assumiu-se que as capacidades irreversíveis iniciais dos eletrodos positivos e negativos eram 10 e 22 mA, respectivamente. A capacidade inicial da bateria foi de 78 mAh. Após 100 ciclos, a atenuação positiva causou uma capacidade de 68 mAh. Após 200 ciclos, a relação N / P foi maior que 1.1 e a capacidade da bateria caiu para 58 mAh. Não há problema com a segurança, mas a capacidade da bateria desaparece gradualmente.
