鋰離子電池的平均電壓的性質(zhì)是什么?如何提高?

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

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

3.通過具體的試驗和比較，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)

一般來說，電極的比容越高，均勻電池的電壓可能就越高，這無疑有利于電池能量密度的提高。同時，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)，但這一觀點沒有考慮到猜測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，德國達姆施塔特理工大學的WolframJaegermann教授，由于對傳統(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，為電極的費米能級和電子結(jié)構(gòu)態(tài)密度(DOS)示意圖?？梢钥闯?，在正常情況下，正極數(shù)據(jù)的費米能級位于tm-3d導(dǎo)出帶，并且隨著電荷狀態(tài)的變化而移動，其位移與電子化學勢的相應(yīng)位移有關(guān)。然而，僅僅從這個圖中得到的信息是不完整的，因為它沒有考慮到金屬鋰和其他負極之間鋰離子的化學勢的差異。

為了更準確地反映了鋰離子電池電極電壓,可以通過吉布斯自由能的變化ΔG后表明,也許正極和負極鋰化學勢差別(μμCLi,ALi)來表示:

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,可分為鋰的化學勢電子化學勢ΔΔμμe和離子化學勢李+兩部分,進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)論得到了許多報告的支持(j.Electrochem)。Soc。、144、1188(1997);期刊?；瘜W。B,108,16093(2004).)。為了深入了解電極中電子和離子交換的基本過程及其對電池性能的影響，Ceder等人開發(fā)了第一個第一性原理計算(Phys)。Rev.B,56(3)，1354(1997).)。但是到目前為止，還沒有實驗?zāi)軌蛎枋鲭娮?離子相互用途對電池電壓的影響。

電子的電化學勢可以通過固體的費米能級和電子的功函數(shù)的差來確定。因此,在這篇文章中,作者看起來如科學,光電子能譜是用來獲取信息和猜測的費米能級離子電子功函數(shù)和精確值改變電池的運行,電離勢的計算幾個晶體結(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)一的電離勢和電池電壓。