锂离子电池商业化基本常识
1.为什么电池会有电压?
电池的电压U(电池)是由正极的电极电势E(正极)和负极的电极电势E(负极)之差确定的,由公式所表示:
U(电池) = E(正极) - E(负极)
在电池体系中,标准锂电极普遍作为参考电极,正、负极材料的电极电势一般都是反应物和产物与参比锂电极之间反应而产生的电势。在充放电过程中,正负极材料脱锂或嵌锂,电极电势发生变化,电池电压就是两者之差。
2.为什么些材料有平台电压,有些没有?
热力学中,自由度 F 是当系统为平衡状态时,在不改变相态的数量情况下,可独立改变的因素(如温度和压力),这些变量的数目叫做自由度数。系统的自由度跟其他变量的关系:
F = C - P + n
其中 F:表示系统的自由度;C :系统的独立组元数;P :相态数目;n :外界因素,多数取n=2,代表压力和温度。
针对锂离子电化学体系,外界因素n=2,分别取电压和温度。假定锂离子电极材料在充放电过程中温度和压力恒定不变。在此,我们讨论二元系(C=2),如果在一个粒子中含有一个相,即P=1,则F=1,化学势是一个自由度,随锂浓度的变化而变化(例如固溶体钴酸锂,一个相,锂浓度不断变化)。
如果粒子中包含两个相,即P=2,则F=0。当两相共存时,在一个二元系电极材料中存在平坦的电压平台(例如磷酸铁锂,两相共存,每个相中锂浓度是不变的)。
3.极化
电流通过电极时,电极偏离平衡电极电势的现象称为电池的极化,极化产生过电势。根据极化产生的原因可以将极化分为欧姆极化、浓差极化和电化学极化。
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