ظرفیت باتری یک پارامتر مهم، ارزش ظرفیت مواد کاتد، ظرفیت مواد آند، منفی است - نسبت ظرفیت مثبت و پتانسیل الکترود و سایر عوامل در فرآیند طراحی باتری، که نیاز به بررسی دقیق در اینجا، این نویسنده از یادگیری است طراحی باتری نوت بوک.
شکل 5.1 یک باتری لیتیوم فلزی مواد اکسید کاتد ظرفیت باتری لیتیوم ورق شماتیک نیم است در زمانی که شارژ باتری، یک ماده الکترود مثبت و استخراج اتم های لیتیوم تغییر مرتبط در ساختار بلوری ظرفیت نظری از مواد الکترود است یک ماده فرض همه یونهای لیتیوم درگیر در واکنش الکتروشیمیایی ظرفیت را می توان ارائه شده، به عنوان مثال زمانی که شارژ از اتم های لیتیوم در ماده کاتد به سمت چپ و این واقعیت deintercalating ضریب یونهای لیتیوم کمتر از 1، ظرفیت واقعی از مواد گرم است = ضریب × deintercalating لیتیوم یون ظرفیت نظری به عنوان ظرفیت نظری 274mAh لیتیوم کبالت / گرم، ظرفیت واقعی است به طور کلی بازی گرم 140 mAh / g است، ضریب deintercalation یون لیتیوم در حدود 0.5، به عنوان مثال، انجیر بخش خاکستری در ظرفیت واکنش الکتروشیمیایی درگیر نیست. علاوه بر این، حتی اگر اتم لیتیوم نیز آمدن است یک بخش کوچک از هنوز هم نمی گرداند ساختار اولیه، این بخش می تواند به ظرفیت ساختار اولیه بازگشت است ظرفیت برگشت ناپذیر از مواد الکترود مثبت است. ارزش بسیاری از متغیرها مانند نوع عنصر فلز، نسبت شعاع اتمی لیتیوم و یک عنصر فلز، اندازه ذرات، و غیره به طور کلی، LiCoO2 ظرفیت غیر قابل برگشت اولیه 3/5 میلی آمپر / گرم، مواد LiNiO2 20-30 میلی آمپر / g است. در معرض یک یا دو بار چرخه / دشارژ بهره وری کولن نزدیک به 100٪.
5-2 یک طرح کلی از یک ماده الکترود منفی مبتنی بر کربن است، ظرفیت باتری نیمه ورق گرافیت الکترود منفی لیتیوم با تولید لیتیم LiC6، ظرفیت نظری 372 mAh / g است، و در واقع واکنش LixC6 (X واکنش نشان می دهد<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%.
برای سلول کامل، مواد آند داشتن ظرفیت غیر قابل برگشت اولیه، ظرفیت باتری را می توان با یک دیاگرام شماتیک در شکل 5-3 است. در شارژ اولیه، مواد از بیرون آمدن از الکترود مثبت لیتیم عرضه، مصرف بخشی از سطح فیلم SEI تشکیل شده بر روی منفی واکنش برگشت ناپذیر اولیه در فرآیند ترخیص پس از آن، ظرفیت باتری بر اساس الکترود مثبت و منفی غیر قابل برگشت در هر دو مورد ظرفیت تفاوت رخ می دهد فرض مواد الکترود غیر قابل برگشت ظرفیت مسافر گرم مثبت از FC، وزن مواد فعال مک؛ .. الکترود منفی ظرفیت غیر قابل برگشت گرم فا، وزن مواد فعال کارشناسی ارشد. زمانی که FC * مک است < 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 > فا * کارشناسی ارشد، ظرفیت غیر قابل برگشت به عنوان مثال، یک ماده الکترود مثبت بیشتر از الکترود ظرفیت منفی برگشت ناپذیر، این ترشحات الکترود منفی برای تامین لیتیوم کافی است، اما الکترود مثبت ظرفیت بالا غیر قابل برگشت است، ظرفیت قابل برگشت الکترود مثبت محدود است، بخشی از لیتیوم در سمت الکترود منفی است، وجود خواهد داشت تجزیه و تحلیل پدیده های لیتیوم. بر این اساس، ظرفیت طراحی باتری با محدود کردن غیر قابل برگشت خواص مواد الکترود اولیه.
همانطور که نشان داده، ولتاژ باتری بین 5/4 اختلاف پتانسیل بین ولتاژ باتری مثبت و منفی باید با توجه به الکترود مثبت و منفی ولتاژ مدار باز طراحی شود، لازم به نظر شرایط درجه حرارت شارژ و دشارژ، عمق تخلیه. حتی یک باتری همان ولتاژ نشان داد، الکترود مثبت و منفی داخلی ممکن است رفتار های مختلف الکتروشیمیایی تعادل شارژ باتری، فقط به پتانسیل الکترود از نفوذ مثبت و منفی از ظرفیت دریافت باتری تحت تاثیر قرار نمی.
پتانسیل تعادلی از سلول به صورت شماتیک در شکل 5-6 نشان داده شده است و شکل 5-5 شکل 5-5 نشان می دهد که هنگامی که ظرفیت غیر قابل برگشت اولیه از الکترود مثبت، تنوع بالقوه تعادل فرآیند از باتری است. است. 5-6 نشان می دهد که زمانی که منفی اولیه هنگامی که ظرفیت غیر قابل برگشت، پتانسیل تغییر برابری سلول روند. این فرایند طراحی سلول تنظیم از طریق دستیابی به الکترود مثبت و ظرفیت الکترود منفی، معادل بیش از حد اضافه شده در الکترود مثبت یا منفی از لیتیوم تنظیم شده بود، برای مقابله با الکترود منفی و یا الکترود مثبت ظرفیت غیر قابل برگشت نزدیک به این ظرفیت، ولتاژ و ویژگی های امنیتی طراحی شده برای تنظیم برابری بالقوه و باتری مربوط، باید به دقت در نظر گرفته.
در طراحی ظرفیت باتری، یک معیار مهم منفی است باید ظرفیت قابل برگشت بزرگتر از مثبت داشته باشد. با وجود ظرفیت الکترود منفی ساعت بیشتر، باتری ممکن است برخی از مزایای مانند ظرفیت باتری، با این حال، ممکن است در طول شارژ لیتیوم در منفی رخ می دهد دندریت مشکلات امنیتی رسوب سطح علت نشان داده شده در شکل 5-7، اگر الکترود منفی نسبت ظرفیت اولیه الکترود مثبت به 1 تنظیم، به عنوان مثال، به اصطلاح N / P نسبت (الکترود منفی ظرفیت اولیه / ظرفیت اولیه الکترود مثبت)، با فرض مثبت و منفی الکترود دارای همان ظرفیت غیر قابل برگشت اولیه، ظرفیت باتری هم 80 میلی آمپر است. حتی با ظرفیت بزرگتر از الکترود مثبت، ظرفیت این باتری می توان به طیف ظرفیت کوچک محدود شده است. از سوی دیگر، اگر یک الکترود منفی با استفاده از یک غیر قابل برگشت بزرگتر هنگامی که ظرفیت و الکترود منفی، نسبت ظرفیت اولیه الکترود مثبت 1.5 است، این است که باتری تا 70 میلی آمپر کاهش می یابد. این توضیح می دهد که نیاز به تنظیم نسبت P / N مناسب برای جلوگیری از چنین نتایج.
هنگامی که N / P نسبت چرخه عمر باتری نیز تحت تاثیر قرار. پوسیدگی ظرفیت ممکن است به دلیل یک واکنش بین الکترود مثبت، الکترود منفی و الکترولیت ها و جدا کننده تولید شده است. ثابت N نسبت P / 1.1 بود، الکترود منفی در نظر گرفته شده است که ظرفیت غیر قابل برگشت اولیه از الکترود مثبت بزرگتر از و انجیر. 5-8 و 5-9 نشان دادن اثر تخریب الکترود مثبت و تخریب الکترود منفی از چرخه عمر و ایمنی از باتری است. اگر فرض کنیم که هر 100 چرخه الکترود مثبت واکنش برگشت ناپذیر منجر به در ظرفیت کاهش در 10 میلی آمپر، نتایج زمانی که در شکل نشان داده شده است 5/8. در ابتدا، ظرفیت باتری 78 آمپر است، حتی پس از 100 چرخه تخریب الکترود مثبت، N / P نسبت 1.1، ظرفیت باتری واقعی از 88 میلی آمپر پس از 200 چرخه، نسبت N / P کمتر از 1 است، لیتیوم سپرده در الکترود منفی شروع می شود زمانی که ظرفیت باتری به عنوان 88 میلی آمپر باقی مانده است، با این حال، با توجه به تهدید جدی برای تجزیه و تحلیل ایمنی لیتیوم.
نشان داده شده در شکل 5-9، الکترود منفی 100 سیکل در واکنش منجر به ظرفیت غیر قابل برگشت کاهش یافته است که 10 میلی آمپر برای N نسبت P / 1.1، و فرض کنیم ظرفیت غیر قابل برگشت مثبت و الکترود منفی اولیه 10 و 22 میلی آمپر، به ترتیب هنگامی که ظرفیت اولیه باتری است 78 میلی آمپر است. بعد از 100 چرخه، و در نتیجه تضعیف الکترود مثبت هنگامی که ظرفیت است 68 میلی آمپر است. پس از 200 چرخه، N / نسبت P بیشتر از 1.1 است، این است که باتری به 58 میلی آمپر کاهش یافته است. اگر چه باتری امنیتی بدون مشکل، اما به تدریج از دست دادن ظرفیت باتری است.
