Was ist der Kompromiss zwischen negativer Delithiumspannung und reversibler Kapazität?

Streng genommen enthält der Kompromiss zwischen Massenverhältnis und Spannung keine Lithiummetalle. Lithiummetall-Betriebsspannung 0 V, theoretische Kapazität 3862 mAh / g, tatsächliche Kapazität wird durch die Nutzungsrate der Wirkstoffe bestimmt.

Warum Kompromisse eingehen? Im Allgemeinen weist der aktuelle negative Elektrodenkandidat (ohne metallisches Lithium) ein Grundmerkmal auf: Je größer die Kapazität des aktiven Elektrodenmaterials ist, desto höher ist die Delithiumspannungsplattform (oder der Durchschnittswert). Beispielsweise beträgt das durchschnittliche Delithiumpotential von Graphitkohlenstoffmaterialien 0,15 V. Die tatsächliche Kapazität beträgt 350 mAh / g; Das durchschnittliche Delithiumpotential der Sn-negativen Elektrode beträgt 0,5 V und die theoretische Kapazität beträgt 990 mAh / g; Das durchschnittliche Delithiumpotential der negativen Si-Elektrode beträgt 0,45 V und die theoretische Kapazität beträgt 4200 mAh / g. Die tatsächlich verfügbare Kapazität von Sn und Si ist noch ungewiss und wird letztendlich durch die Verwendungsbedingungen bestimmt.

Die Energiedichte und die spezifischen Eigenschaften der Batterie werden durch das Produkt der durchschnittlichen Betriebsspannung (positive und negative Spannungsdifferenz) und der massenspezifischen Kapazität (oder Volumenkapazität) bestimmt. Beim Ersetzen von Materialien auf Kohlenstoffbasis durch Si oder Sn ist zu berücksichtigen, ob die Erhöhung der batteriespezifischen Kapazität die Verringerung der Batteriebetriebsspannung ausgleichen kann. Ein einfaches Beispiel zeigt, dass bei positivem lithiumeisenphosphat die Betriebsspannung in 3,45 V und die Kapazität in 160 mAh / g gemessen wird. In Übereinstimmung mit Graphitkohlenstoff (in 0,15 V, 350 mAh / g tatsächliche Kapazität) entspricht Lithiumeisen-1G-Phosphat 0,457 g Graphitkohlenstoff mit einem theoretischen Gesamtenergieverhältnis der Batterie von (3,45-0,15) V * 160 mAh / 1,457 g = 362,3 mWh / G.

Lithium-1G-Eisenphosphat entspricht der Si-Negativelektrode, die nach 0,45 V und 4200 mAh / g berechnet wird. Die angepasste spezifische Batterie-Gesamtenergie beträgt (3,45-0,45) V * 160 mAh / 1,038 g = 462 mWh / g. Offensichtlich kann nach dem Ersetzen des Graphit-Kohlenstoff-Negativs durch die Si-negative Elektrode die Erhöhung der Kapazität den Einfluss der Abnahme der Batteriespannung ausgleichen, die durch die Erhöhung der Delithiumspannung verursacht wird. Dies ist natürlich eine theoretische Überlegung, da die tatsächliche Kapazität des Si-Negativpols seinen theoretischen Wert nicht erreichen kann. Unter der Annahme, dass die tatsächliche Kapazität der negativen Si-Elektrode P ist, um die Bedingung zu erfüllen, dass die gesamte batteriespezifische Energie größer als 362,3 mWh / g ist, ist die erfüllte Beziehung

Natürlich ist die obige Formel noch ein wenig vereinfacht, ohne die Beziehung zwischen der negativen Si-Spannung und der Kapazität zu berücksichtigen, aber sie kann den Zweck erklären, den wir derzeit diskutieren. Die Berechnung des verfügbaren P beträgt mindestens 492,5 mAh / g. Mit anderen Worten ist die tatsächliche Kapazität des Si-Negativpols größer als 492,5 mAh / g, um sicherzustellen, dass sich das Massenverhältnis der gesamten Batterie nicht verschlechtert (im Vergleich zum Lithiumferrophosphat / Graphit-Kohlenstoffsystem). Die Entwicklung von C-Si-Verbundnegativmaterialien mit hoher Kapazität kann auch auf die obige Diskussion zurückgreifen. Grob gesagt kann die Kapazität des Si-Teils der negativen C-Si-Verbundelektrode in praktischen Anwendungen nicht weniger als 492,5 mAh / g betragen, da es sonst keinen Sinn macht.

Dies ist der Kompromiss zwischen der Erhöhung der Delithiumspannung der negativen Elektrode und der Erhöhung der reversiblen Kapazität. Da zwischen diesen beiden Parametern eine Kompromissbeziehung besteht, werden lithiumtitanat und -nitrid hier direkt ignoriert, da die Spannungsplattformen der beiden sehr hoch sind und nicht toleriert werden können.

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