鋰離子電池的平均電壓的性質(zhì)是什么?如何提高?

1.利用形貌學(xué)和光電子能譜學(xué)的方法，得到推測(cè)離子的費(fèi)米能級(jí)和電子功函數(shù)及其在電池運(yùn)行中的精確值的變化。

2.通過(guò)計(jì)算幾種不同晶體結(jié)構(gòu)的薄膜正極數(shù)據(jù)與鋰金屬材料的電離電位差，得到了電離電勢(shì)與均勻電池電壓之間的關(guān)系。

3.通過(guò)具體的試驗(yàn)和比較，作者發(fā)現(xiàn)幾乎所有正極數(shù)據(jù)的均勻電池電壓值都接近于數(shù)據(jù)的電離電位差，但正極數(shù)據(jù)的缺陷會(huì)導(dǎo)致相關(guān)誤差較大。

鋰中均勻電壓的本質(zhì)是什么?如何?

(研究背景)

一般來(lái)說(shuō)，電極的比容越高，均勻電池的電壓可能就越高，這無(wú)疑有利于電池能量密度的提高。同時(shí)，均勻的電池電壓是由鋰離子交流反應(yīng)的焓決定的，包括鋰離子在活性電極數(shù)據(jù)上的插層和剝離。關(guān)于普通的陽(yáng)性數(shù)據(jù)，電極反應(yīng)乍一看似乎是氧化還原反應(yīng)，但這一觀點(diǎn)沒有考慮到猜測(cè)的電子和離子之間的相互用途。由于這些相互用途，反應(yīng)性過(guò)渡金屬離子的電子狀態(tài)取決于插入的程度。

鋰中均勻電壓的本質(zhì)是什么?如何?

本文中，德國(guó)達(dá)姆施塔特理工大學(xué)的WolframJaegermann教授，由于對(duì)傳統(tǒng)的電池均勻電壓分析方法缺乏了解，提出了一種分析電池均勻電極電位的新方法。如圖所示，為電極的費(fèi)米能級(jí)和電子結(jié)構(gòu)態(tài)密度(DOS)示意圖。可以看出，在正常情況下，正極數(shù)據(jù)的費(fèi)米能級(jí)位于tm-3d導(dǎo)出帶，并且隨著電荷狀態(tài)的變化而移動(dòng)，其位移與電子化學(xué)勢(shì)的相應(yīng)位移有關(guān)。然而，僅僅從這個(gè)圖中得到的信息是不完整的，因?yàn)樗鼪]有考慮到金屬鋰和其他負(fù)極之間鋰離子的化學(xué)勢(shì)的差異。

為了更準(zhǔn)確地反映了鋰離子電池電極電壓,可以通過(guò)吉布斯自由能的變化ΔG后表明,也許正極和負(fù)極鋰化學(xué)勢(shì)差別(μμCLi,ALi)來(lái)表示:

鋰中均勻電壓的本質(zhì)是什么?如何?

在上式中，z表示電極之間的電荷轉(zhuǎn)移(這里是1)，F(xiàn)表示法拉第常數(shù)。

的形式,可分為鋰的化學(xué)勢(shì)電子化學(xué)勢(shì)ΔΔμμe和離子化學(xué)勢(shì)李+兩部分,進(jìn)一步描述了積極和消極的吉布斯自由能的變化,及其與電子和離子交換。一般認(rèn)為電子起主導(dǎo)用途。例如，在橄欖石假設(shè)中，用更高的電離電位取代過(guò)渡金屬離子可以獲得更高的均勻電壓，這一結(jié)論得到了許多報(bào)告的支持(j.Electrochem)。Soc。、144、1188(1997);期刊。化學(xué)。B,108,16093(2004).)。為了深入了解電極中電子和離子交換的基本過(guò)程及其對(duì)電池性能的影響，Ceder等人開發(fā)了第一個(gè)第一性原理計(jì)算(Phys)。Rev.B,56(3)，1354(1997).)。但是到目前為止，還沒有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎枋鲭娮?離子相互用途對(duì)電池電壓的影響。

電子的電化學(xué)勢(shì)可以通過(guò)固體的費(fèi)米能級(jí)和電子的功函數(shù)的差來(lái)確定。因此,在這篇文章中,作者看起來(lái)如科學(xué),光電子能譜是用來(lái)獲取信息和猜測(cè)的費(fèi)米能級(jí)離子電子功函數(shù)和精確值改變電池的運(yùn)行,電離勢(shì)的計(jì)算幾個(gè)晶體結(jié)構(gòu)差異的積極數(shù)據(jù)與鋰金屬薄膜,發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)系統(tǒng)一的電離勢(shì)和電池電壓。