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如何計算鋰電池材料的理論容量值?快來看看

發布日期:2018-12-22 作者:未知 點擊:698

C=26.8nmM,n是電子數,m是活性物質質量,M是活性物質的分子量
鋰電池的化成,有的采用常溫化成,有的采用高溫化成,這兩種化成的優缺點:
主要區別應該是SEI膜的厚度和致密程度吧,高溫化成形成的SEI較厚但不致密,消耗的鋰比較多,常溫或低溫形成的較薄切致密。
鋰電池配方:
負極配方:CMS:CMC:SBR:Super-P=94.5:2.25:2.25:1
電解液:1M-LiPF6 ECDMCEMC
負極設計比容量:300mAhg
正極設計比容量:140mAhg
充放電制度:1)恒流充電(1C,4.2V)
2)恒壓充電(4.2V,20mA)
3)靜置(10min)
4)恒流放電(1C,3.0V)
5)靜置(10min)
6)循環(350周)
聚合物在溶劑中的溶解要遵循三原則(極性相似原則,溶劑化原則,內聚能密度相近原則),此三原則結合聚合物和溶劑的“溶度參數”值,是選擇聚合物良溶劑的依據。PVDFNMP原本是很好的聚合物溶劑搭配,但NMP是高極性溶劑,與水的親和力很好,所以極易吸潮,隨著NMP中水份含量的增加,形成的NMP水混合溶劑的“溶度參數”、極性、溶劑化能力等都發生漂移,而PVDF的相應值并無變化,PVDFNMP粘合劑溶液體系隨含水量的增加,漸漸變得不穩定,含水量達一定值時,PVDF可以從溶液中析出,在這一過程中溶液的性質,包括粘度、粘結性能等都會產生變化。向PVDFNMP溶液中滴加水,局部形成不良溶劑環境,必會有PVDF析出。
不同的配料工藝以和相應的配方相結合,提供了一個普通配方:
LiCoO292% 導電石墨:2.5% 導電劑:2.5% PVDF3.0%
正極活性材料80%,乙炔黑10%,PVDF10%。
企業配方:
鈷酸鋰94% 導電劑1% 導電劑2 % PVDF 3%
負極表面的SEI膜大致可以認為是電解液的有機溶劑被還原分解所得到的不溶性產物附著在電極表面的結果,不同的負極材料會有一定的差別,但大致認為是有:碳酸鋰,烷基酯鋰,氫氧化鋰等組成,當然也有鹽的分解產物,另外還有一些聚合物等。一般認為對于金屬鋰,負極在首次嵌鋰時形成SEI膜,形成電壓為1.5V開始(相對于金屬鋰),在0.8V附近大量形成,到0.2V左右基本完成。另外研究表明,首次嵌鋰時為SEI膜形成的主要步驟,后序5周內都有SEI膜的形成過程,但量很少。此外SEI膜并非一成不變,在充放電過程中會有少許的變化,主要是部分有機物會發生可逆的變化。此外不同的電流密度,不同的電極表面所形成的SEI膜的組成少有差別。
正極表面的SEI膜少,以前關注很少,目前好像關注度在上升。有一種觀點認為是電解液的氧化產物沉積的結果,另一種觀點是由于負極表面的SEI膜部分溶解后在正極表面沉積的結果。相對來說,電解液在正極表面氧化沉積的證據不多,當然也不排除是由于量少而目前的儀器精度無法達到的情況
為什么負極要用銅箔而正極要用鋁箔
1、采用兩者做集流體都是因為兩者導電性好,質地比較軟(可能這也會有利于粘結),也相對常見比較廉價,同時兩者表面都能形成一層氧化物保護膜。
2、銅表面氧化層屬于半導體,電子導通,氧化層太厚,阻抗較大;而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體,氧化層不能導電,但由于其很薄,通過隧道效應實現電子電導,若氧化層較厚,鋁箔導電性級差,甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經過表面清洗,一方面洗去油污,同時可除去厚氧化層。
3、正極電位高,鋁薄氧化層非常致密,可防止集流體氧化。而銅箔氧化層較疏松些,為防止其氧化,電位比較低較好,同時Li難與Cu在低電位下形成嵌鋰合金,但是若銅表面大量氧化,在稍高電位下Li會與氧化銅發生嵌鋰發應。AL箔不能用作負極,低電位下會發生LiAl合金化。
4、集流體要求成分純。AL的成分不純會導致表面膜不致密而發生點腐蝕,更甚由于表面膜的破壞導致生成LiAl合金。
極片重量為 活性物質重量 加 基片(鋁或者銅)重量, 正極按理論設計極片重量減去基片(鋁密度2.7,銅8.9) 后的重量,得到活性物質重量,活性物質重量乘以140mAhg(鈷酸鋰的),得到設計的多少mAh容量,負極容量按正極的1.05-1.1倍計算,方法一樣,負極按300-330mAhg計算
公式:
鋰電池理論容量=(厚度-2壁厚)*(寬度-2壁厚)(長度-2壁厚)正負極加隔離膜厚度的估算值參數100正極設計的涂布密度參數容量比
其中:
0.0244 是正極設計的涂布密度,其實都差不多的
0.45是正負極加隔離膜厚度的估算值參數
140容量比。
但是按上計算,063048的理論容量則只有555毫安時(厚按6.3計算),這個容量只能作廢品處理了。
(6.3-0.352)(30-0.352)(48-0.352)0.451000.0244140=555
一般來說,天然石墨包覆的負極,不可逆容量要大一點。mcmb要好一點,這是實驗的結果。還有一個,SEI膜的成膜電位是1.2~0.8V(vs LiLi+),嵌鋰電位是0.25~0v,這個電位中嵌入的鋰才是可逆的。如果能讓SEI膜在更高的電位下形成,它能阻止溶劑的進一步還原,減少不可逆容量,也就是在首次充電曲線中不可逆容量的極化比較大,容易下降到嵌鋰平臺,這樣形成的可逆容量要高。SEI膜對鋰電池的循環性能有至關重要的作用,沒有良好的SEI膜,每次循環都有較大不可逆容量損失,這樣的鋰電池通常可以從電解液吸水,或鋰電池內部存在結晶水時可以看出來。

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