正極材料理論容量計(jì)算3頁(yè)

1、鋰離子電池正極材料理論電容量的計(jì)算常常看見文獻(xiàn)上說(shuō)該材料的理論電容量是多少mA h/g下面給出理論計(jì)算方法：1mol正極材料Li離子完全脫嵌時(shí)轉(zhuǎn)移的電量為96500C（96500C/mol是法拉第常數(shù)）由單位知mAh/g指每克電極材料理論上放出的電量：1mA·h1×（10-3）安培×3600秒3.6C 以磷酸鋰鐵電池LiFePO4為例：LiFePO4的分子量是157.756g/mol, 所以他的理論電容量是96500/157.756/3.6=170 mA h/g關(guān)于法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)（F）是近代科學(xué)研究中重要的物理常數(shù)，代表每摩爾電子所攜帶的電荷，單位C/mol

2、，它是阿伏伽德羅數(shù) NA=6.02214×1023mol-1與元電荷e=1.602176×10-19 C的積。尤其在確定一個(gè)物質(zhì)帶有多少離子或者電子時(shí)這個(gè)常數(shù)非常重要。法拉第常數(shù)以麥可·法拉第命名，法拉第的研究工作對(duì)這個(gè)常數(shù)的確定有決定性的意義。一般認(rèn)為此值是96485.3383±0.0083C/mol，此值是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局所依據(jù)的電解實(shí)驗(yàn)得到的，也被認(rèn)為最具有權(quán)威性。最早法拉第常數(shù)是在推導(dǎo)阿伏伽德羅數(shù)時(shí)通過(guò)測(cè)量電鍍時(shí)的電流強(qiáng)度和電鍍沉積下來(lái)的銀的量計(jì)算出來(lái)的。在物理學(xué)和化學(xué)，尤其在電化學(xué)中法拉第常數(shù)是一個(gè)重要的常數(shù)。它是一個(gè)基本常數(shù)，其值只隨其單位變

3、化。在電解、電鍍、燃料電池和電池等涉及到物質(zhì)與它們的電荷的工藝中法拉第常數(shù)都是一個(gè)非常重要的常數(shù)。因此它也是一個(gè)非常重要的技術(shù)常數(shù)。在計(jì)算每摩爾物質(zhì)的能量變化時(shí)也需要法拉第常數(shù)，一個(gè)例子是計(jì)算一摩爾電子在電壓變化時(shí)獲得或者釋放出的能量。在實(shí)際應(yīng)用中法拉第常數(shù)用來(lái)計(jì)算一般的反應(yīng)系數(shù)，比如將電壓演算為自由能。如何計(jì)算電池材料的理論容量值C=26.8nm/M,n是電子數(shù)，m是活性物質(zhì)質(zhì)量，M是活性物質(zhì)的分子量電池的化成，有的采用常溫化成，有的采用高溫化成，這兩種化成的優(yōu)缺點(diǎn)：主要區(qū)別應(yīng)該是SEI膜的厚度和致密程度吧，高溫化成形成的SEI較厚但不致密，消耗的鋰比較多，常溫或低溫形成的較薄切致密。電池配

4、方：負(fù)極配方：CMS：CMC：SBR：Super-P94.5：2.25：2.25：1電解液：1M-LiPF6 EC/DMC/EMC負(fù)極設(shè)計(jì)比容量：300mAh/g正極設(shè)計(jì)比容量：140mAh/g充放電制度：1）恒流充電（1C，4.2V）            2）恒壓充電（4.2V，20mA）            3）靜置（10min） 

5、0;          4）恒流放電（1C，3.0V）            5）靜置（10min）            6）循環(huán)（350周）聚合物在溶劑中的溶解要遵循三原則（極性相似原則，溶劑化原則，內(nèi)聚能密度相近原則），此三原則結(jié)合聚合物和溶劑的“溶度參

6、數(shù)”值，是選擇聚合物良溶劑的依據(jù)。PVDF/NMP原本是很好的聚合物/溶劑搭配，但NMP是高極性溶劑，與水的親和力很好，所以極易吸潮，隨著NMP中水份含量的增加，形成的NMP/水混合溶劑的“溶度參數(shù)”、極性、溶劑化能力等都發(fā)生漂移，而PVDF的相應(yīng)值并無(wú)變化，PVDF/NMP粘合劑溶液體系隨含水量的增加，漸漸變得不穩(wěn)定，含水量達(dá)一定值時(shí)，PVDF可以從溶液中析出，在這一過(guò)程中溶液的性質(zhì)，包括粘度、粘結(jié)性能等都會(huì)產(chǎn)生變化。向PVDF/NMP溶液中滴加水，局部形成不良溶劑環(huán)境，必會(huì)有PVDF析出。不同的配料工藝以和相應(yīng)的配方相結(jié)合，提供了一個(gè)普通配方：LiCoO2:92%  &

7、#160;   導(dǎo)電石墨：2.5%      導(dǎo)電劑：2.5%         PVDF:3.0%正極活性材料80%，乙炔黑10%，PVDF10%。企業(yè)配方：鈷酸鋰94%          導(dǎo)電劑1%    導(dǎo)電劑2 %    PVDF &

8、#160;3%負(fù)極表面的SEI膜大致可以認(rèn)為是電解液的有機(jī)溶劑被還原分解所得到的不溶性產(chǎn)物附著在電極表面的結(jié)果，不同的負(fù)極材料會(huì)有一定的差別，但大致認(rèn)為是有：碳酸鋰，烷基酯鋰，氫氧化鋰等組成，當(dāng)然也有鹽的分解產(chǎn)物，另外還有一些聚合物等。一般認(rèn)為對(duì)于金屬鋰，負(fù)極在首次嵌鋰時(shí)形成SEI膜，形成電壓為1.5V開始（相對(duì)于金屬鋰），在0.8V附近大量形成，到0.2V左右基本完成。另外研究表明，首次嵌鋰時(shí)為SEI膜形成的主要步驟，后序5周內(nèi)都有SEI膜的形成過(guò)程，但量很少。此外SEI膜并非一成不變，在充放電過(guò)程中會(huì)有少許的變化，主要是部分有機(jī)物會(huì)發(fā)生可逆的變化。此外不同的電流密度，不同的電極表面所形成的

9、SEI膜的組成少有差別。正極表面的SEI膜少，以前關(guān)注很少，目前好像關(guān)注度在上升。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為是電解液的氧化產(chǎn)物沉積的結(jié)果，另一種觀點(diǎn)是由于負(fù)極表面的SEI膜部分溶解后在正極表面沉積的結(jié)果。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電解液在正極表面氧化沉積的證據(jù)不多，當(dāng)然也不排除是由于量少而目前的儀器精度無(wú)法達(dá)到的情況為什么負(fù)極要用銅箔而正極要用鋁箔1、采用兩者做集流體都是因?yàn)閮烧邔?dǎo)電性好,質(zhì)地比較軟(可能這也會(huì)有利于粘結(jié))，也相對(duì)常見比較廉價(jià)，同時(shí)兩者表面都能形成一層氧化物保護(hù)膜。2、銅表面氧化層屬于半導(dǎo)體，電子導(dǎo)通，氧化層太厚，阻抗較大；而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體，氧化層不能導(dǎo)電，但由于其很薄，通過(guò)隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子電

10、導(dǎo)，若氧化層較厚，鋁箔導(dǎo)電性級(jí)差，甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經(jīng)過(guò)表面清洗，一方面洗去油污，同時(shí)可除去厚氧化層。3、正極電位高，鋁薄氧化層非常致密，可防止集流體氧化。而銅箔氧化層較疏松些，為防止其氧化，電位比較低較好，同時(shí)Li難與Cu在低電位下形成嵌鋰合金，但是若銅表面大量氧化，在稍高電位下Li會(huì)與氧化銅發(fā)生嵌鋰發(fā)應(yīng)。AL箔不能用作負(fù)極,低電位下會(huì)發(fā)生LiAl合金化。4、集流體要求成分純。AL的成分不純會(huì)導(dǎo)致表面膜不致密而發(fā)生點(diǎn)腐蝕，更甚由于表面膜的破壞導(dǎo)致生成LiAl合金。極片重量為 活性物質(zhì)重量 加 基片(鋁或者銅)重量, 正極按理論設(shè)計(jì)極片重量減去基片(鋁密度2.7,銅8.9) 后

11、的重量,得到活性物質(zhì)重量,活性物質(zhì)重量乘以140mAh/g(鈷酸鋰的),得到設(shè)計(jì)的多少mAh容量,負(fù)極容量按正極的1.05-1.1倍計(jì)算,方法一樣,負(fù)極按300-330mAh/g計(jì)算公式：鋰離子電池理論容量（厚度2*壁厚）（寬度2*壁厚）*（長(zhǎng)度2*壁厚）/正負(fù)極加隔離膜厚度的估算值參數(shù)/100*正極設(shè)計(jì)的涂布密度參數(shù)*容量比其中：是正極設(shè)計(jì)的涂布密度，其實(shí)都差不多的是正負(fù)極加隔離膜厚度的估算值參數(shù)容量比。但是按上計(jì)算，063048的理論容量則只有555毫安時(shí)（厚按6.3計(jì)算），這個(gè)容量只能作廢品處理了。（6.30.35*2）*（300.35*2）*（480.35*2）/0.45/100*0.0244*140555一般來(lái)說(shuō)，天然石墨包覆的負(fù)極，不可逆容量要大一點(diǎn)。mcmb要好一點(diǎn)，這是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。還有一個(gè)，SEI膜的成膜電位是1.20.8V（vs Li/Li+），嵌鋰電位是0.250v，這