13825298639
聚焦信瑞,掌握更多電池測試知識

為什么鋰電池的最高電壓是4.2V?

返回列表 來源: 發布日期: 2022.03.09

大家都知道,衡量鋰電池儲能大小的參數是能量密度,在數值上大約相當于電壓與鋰電池容量的乘積,為了有效提高鋰電池的儲電量,人們一般會用增加能量密度的方法達到目的。但是,限于原材料的性質,容量密度提升總是有限度的,于是增高電壓值成為提升鋰電池儲電量的另一途徑。


M4200

        通常情況,鋰電池標稱電壓是3.6V~3.8V,最高電壓是4.2V。那么,鋰電池的電壓什為什么不能獲得更大的突破呢?說到底,這也是由鋰電池的組成材料及結構性質決的。鋰電池的電壓是由電極電勢決定的,電壓也稱作電勢差或電位差,是衡量電荷在靜電磁場中由于電勢不同所產生的能量差。鋰離子的電極電勢約是3V,鋰電池的電壓隨材料不同而有變化。一般的鋰離子電池額定電壓為3. 7V,滿電電壓為4.2V;而磷酸鐵鋰電池額定電壓為3.2V,滿電電壓為3.65V。換句話說,實用中的鋰離子電池正極和負極之間的電勢差不能超過4.2V,這是一種基于材料和使用安全性的需要。假如以Li/Li+電極為參照電位,假設μA為負極材料的相對電化學勢,μC為正極材料的相對電化學勢,電解液電勢區間Eg為電解液最低電子未占有能級和最高電子占有能級之差。那么,決定鋰電池最高電壓值的就是μA、μC、Eg這三個因素。μA和μC的差為鋰離子電池的開路電壓(最高電壓值),當這個電壓值在Eg區間內,就能夠保證電解液正常工作?!罢9ぷ鳌钡囊馑际牵轰囯x子電池通過電解液在正負極間來回運動,但不會與電解液發生氧化還原反應,從而保證電池結構的穩定性。而正負極材料的電化學勢造成電解液工作非正常有兩種形式: 1、當負極的電化學勢高于電解液最低電子未占有能級時,負極的電子會被電解液奪取,因而電解液被氧化,反應產物在負極材料顆粒表面形成“固液界面層”,從而導致負極可能遭到破壞。2、當正極的電化學勢低于電解液最高電子占有能級時,電解液中的電子會被正極奪取,從而被電解液氧化,反應產物在正極材料顆粒表面形成“固液界面層”,從而導致正極可能遭到破壞。但是,這種正極或者負極遭到破壞的可能性卻因為“固液界面層”的存在而阻止了電子在電解液和正負極間的進一步運動,反而保護了電極材料,這就是說,程度較輕的“固液界面層”是“保護性”的。這種保護性的前提是:正負極電化學勢可以略微超過Eg區間,但不能超出太多。比如,現在的鋰離子電池負極材料之所以大多選用石墨,就是因為石墨相對于Li/Li+電極的電化學勢約為0.2V,略微超出了Eg區間(1V~4.5V),但因為有“保護性”的“固液界面層”,使得電解液不被進一步還原,從而停止了極化反應的繼續發展。但是,5V高電壓正極材料超出了現在商用有機電解液的Eg區間太多,因而在充放電過程中極易被氧化,隨著充放電次數的增加,容量下降,壽命減少。鋰離子電池的開路電壓之所以選擇為4.2V ,是因為現有商用鋰電池電解液Eg區間1V~4.5V,如果開路電壓設定為4.5V或許可以提高鋰電池輸出的電能,但也加大了電池過充的風險,而過充可能會使鋰電池發生爆炸,這樣就非常不安全。

   14

綜上所述,人們要想通過提高電壓值來提升鋰電池的能量密度,只有兩條道路,一是找到可與高電壓值正極材料匹配的電解液,二是對電池進行保護性的表面改性材料,以保證電池的安全。


最新推薦產品

SR20鈕扣電池測試設備

SR20鈕扣電池測試設備

SR20鈕扣電池測試設備是一個多功能、全自動、可編程全自動電池測試系統,可用于各類鈕扣電池的研究開發和質量控制,它是專門為滿足每一位鈕扣電池用戶的需要而生產的,為鈕扣電池的測試提供更好的測試解決方案。

全國服務熱線

0755-32914188
欧美精品亚洲精品日韩久久