为什么锂离子电池的最高电压不能超过4.2v?

2020-06-05 21:43:42 特力新能源 169

    锂电池储能到校的参数一般用能量密度来表述,在数值上面大概相当于电压跟锂电池容量相乘所得到的值,为了有效的提升锂离子电池的储电量,我们一般会使用增加电池容量的方式来达到目的,但是,因为所使用材料的限制,容量的提升总是比较有限,所以,提升电压值成了提升锂电池触点能力的另外一条途径,我们都知道,锂电池的标准电压是3.6或者3.7v,电压上限是4.2v,为什么锂电池的电压不能够获得更大的突破呢,其实,这也是锂电池所使用的材料以及其结构性质来决定的。

    锂电池的电压是由电机电势来决定,电压也被称之为电势差或者是电位差,也是衡量电荷在静电场中因为电势不同所产生的能量差的物理量,锂电池的电机电势大概是3v,锂离子电池的电压随着材料的不同而发生变化,比如,一般的锂电池额定电压是3.7v,满电电压是4.2v,而磷酸铁锂电池的额定电压是3.2v,满电电压是3.65v,换言之,实用中的锂电池正极跟负极之间的电势差不能够超过4.2v,这是一种基础与安全性实用以及材质的需要;

    假设以li/li+电机作为参照电位,设ua为负极材料的相对电化学势,uc是正极材料的相对电位化学势,电解液电势区间eg是点解围最低电子围占有能级跟最高电子占有能级之差,那么,决定锂电池最高电压值也就是ua、uc以及eg这三个因素了;

锂离子电池

    ua跟uc的差是锂电池的开路电压,当这个电压值在eg区间之内,就能够保证电解液实现工作正常,工作正常的意思便是锂电池通过电解液在正负极之间来回的运动,但是不会跟电解液发生氧化还原反应,以此来保证电池结构的稳定,而正负极材料的电化学势造成电解液工作非正常主要有两种形式:

    1、当负极的电化学势高于电解液最低电子未占有能级之时,负极的电子会被电解液夺取,所以电解液会被氧化,反应物在负极材料颗粒表面形成“固液界面层”,从而导致负极可能遭受到破坏;

    2、当正极的电化学势低于电解液最高电子占有能级之时,电解液中的电子会被正极夺取,而被电解液氧化,反应物在正极材料颗粒表面形成“固液界面层”,从而导致正极可能会遭受破坏;

    但是,这种正极或者负极遭到破坏的可能性却因为“固液界面层”的存在阻止了电子在电解液跟正负极件的进一步运动,反而保护了电机材料,简而言之,程度较轻的“固液界面层”是“保护性”的,这种保护性的前提是正负极电化学势可以稍微超过eg区间,但是又不能超出太多,比方说,现在的锂电池负极材料之所以大多选择适用石墨,就是因为石墨相对于li/li+电极的电化学势约为0.2v,稍微超出了eg区间1~4.5v,但是因为有“保护性”的“固液界面层”让电解液不被进一步的还原,从而停止了极化反应的持续发展,但是,5v高电压正极材料超出了现在商用的有机电解液的eg区间太多,所以,在充放电的过程当中非常容易被氧化,随着充放电次数的增加,导致容量下降、寿面缩减;

特力锂电池组

    现在您应该明白了锂电池的开路电压之所以选择4.2v,是因为现有的商用电池电解液eg区间为1~4.5v,假设开路电压设定为4.5v或许能够提升锂电池输出的电能,但是也增加了电池过充的风险系数,过充的危害相比大家都已经心中有数,所以,不再提及;

    根据以上的原理,人们想要通过提升电压值来提升锂离子电池的能力密度,只有两条路可走,那便是找到能够跟高电压值正极材料匹配的电解液,然后便是对电池进行保护性的表面改性;

    以上便是为什么锂电池的最高电压为什么不能够突破4.2v,希望通过本文的分析能够对您有所帮助。深圳特力新能源科技有限公司专注于高品质锂离子电池的研制与生产销售,如果您有相关的产品需求,欢迎您致电特力,我们将为您提供完善的产品解决方案以及优质的服务。

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