¿Por qué el voltaje más alto de la batería de iones de litio no puede superar los 4.2v?

El parámetro para describir el tamaño de almacenamiento de energía de la batería de iones de litio es la densidad de energía, que es aproximadamente equivalente al producto del voltaje y la capacidad de la batería de litio en valor numérico. Para mejorar efectivamente la capacidad de almacenamiento de la batería de litio, las personas generalmente aumentarán la capacidad de la batería para lograr el propósito. Sin embargo, debido a la naturaleza de las materias primas utilizadas, siempre existe un límite para el aumento de capacidad, por lo que aumentar el valor de voltaje se convierte en otra forma de mejorar la capacidad de almacenamiento de la batería de litio. Como sabe, el voltaje nominal de la batería de litio es de 3.6 vo 3.7v, y el voltaje máximo es de 4.2v. Entonces, ¿por qué el voltaje de las baterías de litio no está obteniendo un gran avance? En última instancia, esto también está determinado por el material y las propiedades estructurales de las baterías de litio.

El voltaje de una batería de litio está determinado por el potencial del electrodo. El voltaje, también conocido como diferencia de potencial o diferencia de potencial, es una cantidad física que mide la diferencia de energía de carga en un campo electrostático debido a un potencial diferente. El potencial del electrodo de iones de litio es de aproximadamente 3 V y el voltaje de la batería de litio varía con los diferentes materiales. Por ejemplo, el voltaje nominal de las baterías de iones de litio generales es de 3,7 V y el voltaje total es de 4,2 V; El voltaje nominal de la batería de fosfato de hierro y litio es de 3.2v y el voltaje total es de 3.65v. En otras palabras, la diferencia de potencial entre el electrodo positivo y el electrodo negativo de una batería práctica de iones de litio no puede exceder los 4.2v, que es un requisito basado en el material y la seguridad de uso.

Si Li / Li + potencial de referencia del polo eléctrico, establezca mu A como el potencial electroquímico relativo del material negativo, mu C como el potencial electroquímico relativo del material positivo, el intervalo de potencial del electrolito Eg es la diferencia entre el nivel más bajo de ocupación de electrones y el nivel más alto de ocupación de electrones. Entonces, el voltaje máximo de la batería de litio son los tres factores: mu A, mu C, mu Eg.

La diferencia entre mica y micc es el voltaje de circuito abierto (voltaje máximo) de la batería de iones de litio. Cuando el voltaje está dentro del rango Eg, el electrolito puede funcionar normalmente. "Operación normal" significa que la batería de iones de litio se mueve hacia adelante y hacia atrás entre los electrodos positivo y negativo a través del electrolito, pero no se REDOX con el electrolito para asegurar la estabilidad de la estructura de la batería. El potencial electroquímico de los materiales del ánodo y del cátodo da como resultado un funcionamiento anormal del electrolito en dos formas:

1. Cuando el potencial electroquímico del electrodo negativo es más alto que el nivel más bajo de energía ocupada por electrones del electrolito, los electrones del electrodo negativo serán tomados por el electrolito, de modo que el electrolito se oxida y el producto de reacción forma un " capa de interfaz sólido-líquido "en la superficie de la partícula del material del electrodo negativo, que puede conducir a la destrucción del electrodo negativo.

2. Cuando el potencial electroquímico del electrodo positivo es menor que el nivel más alto de energía ocupada por electrones del electrolito, los electrones en el electrolito serán capturados por el electrodo positivo, que será oxigenado por el electrolito, y se formarán los productos de reacción. una "capa de interfaz sólido-líquido" en la superficie de la partícula del material del electrodo positivo, que puede conducir a la destrucción del electrodo positivo.

Sin embargo, la posibilidad de que el electrodo positivo o negativo se dañe evita que los electrones se muevan más entre el electrolito y los electrodos positivo y negativo debido a la existencia de la capa de interfaz sólido-líquido, que protege el material del electrodo. En otras palabras, la capa ligera de interfaz sólido-líquido es "protectora". La premisa protectora es que el potencial electroquímico de los electrodos positivo y negativo puede exceder ligeramente el rango Eg, pero no demasiado. Ahora, por ejemplo, los materiales del ánodo de la batería de iones de litio se utilizan principalmente con grafito, porque el grafito en relación con el potencial electroquímico del electrodo Li / Li + es de aproximadamente 0,2 V, ligeramente más allá del intervalo Eg (1 V ~ 4,5 V), pero debido a la capa de interfaz sólido-líquido "protectora", hace que el electrolito no se reduzca aún más, para detener el desarrollo de la reacción de polarización. Sin embargo, el material del ánodo de alto voltaje de 5 V excede demasiado el rango Eg de electrolitos orgánicos comerciales, por lo que es fácil de oxidar en el proceso de carga y descarga. A medida que aumenta el número de cargas y descargas, la capacidad disminuye y la vida útil disminuye.

Ahora comprenda que el voltaje de circuito abierto de la batería de iones de litio se eligió como 4.2 V, porque el electrolito de la batería de litio comercial existente, por ejemplo, varía de 1 V a 4.5 V, si pudiera establecer el voltaje de circuito abierto de la potencia de salida de la batería de litio de 4.5 V , pero también aumentan el riesgo de sobrecarga de la batería, y el daño de la sobrecarga de datos considerables ha demostrado que ya no se puede decir más.

De acuerdo con los principios anteriores, solo hay dos formas para que las personas mejoren la densidad de energía de la batería de litio aumentando el valor de voltaje. Una es encontrar un electrolito que pueda coincidir con el material del electrodo positivo con un valor de alto voltaje; la otra es realizar modificaciones de la superficie protectora de la batería.