正極材料理論容量計(jì)算

1、鋰離子電池正極材料理論電容量的計(jì)算常?？匆娢墨I(xiàn)上說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岀的電量：1mA h =1X( 10A-3 )安培 X3600 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

2、，單位 C/mol ,它是阿伏伽德羅數(shù)NA=6.02214X 1023mol-1 與元電荷 e=1.602176X 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 ，此值是由美國國家標(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)通過測量電鍍時(shí)的電流強(qiáng)度和電鍍沉積下來的銀 的量計(jì)算岀來的。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)， 其值只隨其單位變化

3、。 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)獲得或者釋放岀的能量。 在實(shí)際應(yīng)用中法拉第常數(shù)用來計(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

4、溫形成的較薄切致密。電池配方：負(fù)極配方：CMS CMC SBR Super-P = 94.5 : 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 )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“溶度參數(shù)”值，是選擇聚合物良溶劑的

5、依據(jù)。PVDF/NMF 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 可以從溶液中析岀，在這一過程中溶液的性質(zhì)，包括粘度、粘結(jié)性能等都會產(chǎn)生變化。向 PVDF/NMF 溶液中滴加水，局部形成不良溶劑環(huán)境，必會有 PVDF 析岀。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%導(dǎo)電石墨： 2.5%導(dǎo)電劑：

6、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 %PVDF3%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

7、 5 周內(nèi)都有 SEI 膜的形成過程，但量很少。此外SEI 膜并非一成不變，在充放電過程中會有少許的變化， 主要是部分有機(jī)物會發(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 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。相對來說，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

8、能這也會有利于粘結(jié) ） ，也相對 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，通過隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子電導(dǎo)，若氧化層較厚， 鋁箔導(dǎo)電性級差，甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經(jīng)過表面清洗，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會與氧化銅發(fā)生嵌鋰發(fā)應(yīng)。AL 箔不能用作負(fù)極，

9、低電位下會發(fā)生 LiAl 合金化。4、集流體要求成分純。 AL 的成分不純會導(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）* （長度2*壁厚）/正負(fù)極加隔離膜厚度的估算值參數(shù)

10、/100* 正極設(shè)計(jì)的涂布密度參數(shù) *容量比其中：0.0 2 4 4是正極設(shè)計(jì)的涂布密度，其實(shí)都差不多的0.45 是正負(fù)極加隔離膜厚度的估算值參數(shù)14 0 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。（6.3 0.35*2 ） * （ 30 0.35*2 ） * （48 0.35*2 ） /0.45/100*0.0244*140= 555一般來說，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，這個(gè)電 位中嵌入的鋰才是可逆的。 如果能讓 SEI 膜在更高的