锂离子电池详解.ppt

 Summary: 1) 电子和磁性性质 与 F 的覆盖度强烈相关； 2）体系的带隙可以调节（0.0～3.13 eV）－－与 F 的覆盖度有关 3）会出现磁性/非磁性 金属，磁性/非磁性 半导体。  理论方法用于材料设计的可能性： （将来可用于实际的电极材料的设计）  Structure design    一些基本名词，基本问题   正极材料的主要问题： 正极材料是锂离子电池中的主要问题。 容量是重要问题：正极材料中多个Li 的脱出。 结构稳定性：充放电循环中电极材料的稳定性。 比如： 结构稳定（无相变），体积膨胀小（%）。 循环性能好（寿命长）。   倍率性能： 倍率：就是不同电流下的放电性能。 例如：一个10Ah的蓄电池，其 0.1倍率性能就是用0.1*10。即1A放电的性能； （可以使用 10小时），这是很低的倍率。而 5 倍率也就是 50A 的放电性能，这算是中高倍率了（可以使用 1/5 = 0.2 小时）。 一般来说，高倍率放出的容量较少。所以，高倍率能放出多少容量，就成了 电池性能的一个指标，高倍率放出的容量越大，电池性能越好。 再如: 1000 mAH的电池， 1C 放电（可以用1个小时），放电电流为1000 mA; 20C （只可以放 1/20 = 0.05个小时）, 放电电流就是 20000mA 。   a) 聚酰亚胺（PI）/石墨烯（FGS）的放电比容量—循环周数关系图； b) 聚酰亚胺/石墨烯在不同电流倍率下的充放电曲线（1C = 183 mA/g）   比容量（specific capacity）: 1）体积比容量 2）质量比容量 （mAh/g，常用）。 石墨的理论嵌锂最大容量为 372mAh/g. 120AH/Kg for LiFePO4 ? 锂离子电池的比容量大，原因是： 锂是一种很轻的金属，密度仅0.534g/cm3。而别的材料比如镍 8.88g/cm3，是重金属。所以等质量的锂电放出的电能比别的多得多，就是说它的（质量）比容量大。 理论容量，实际最大容量, 放电比容量（discharge capacity）   能量密度（Wh/Kg） ： 能量密度要达到 300Wh/Kg，才符合电动汽车的要求。   安全性： 是锂离子电池领域一个非常重要的名词！ 穿刺实验（最严厉的实验） 。。。。。。 *) 电极材料的选择 *) 产品的“均匀性” 电子电导率，离子迁移率： 1）正极材料多为绝缘体（电子电导率趋于0），所以实  际中通常要做成纳米颗粒，再进行碳包覆。 2） 离子迁移率与能否快速充放电相关。    SEI Layer： Solid-Electrolyte Interface (固体-电解质界面膜) SEI 如何形成？形貌，组分？甚至厚度都是一个变量（即界面是动态的）。 SEI 是实际电池中的一个重要因素，但似乎理论 太复杂了。 物 理 系 END 物 理 系 FeF3 就是 conversion reaction 机制的.  FeF3   Fe2＋/Fe3＋, Fe3＋/Fe4＋变价的过程： 26 Fe：3d64s2   Fe2＋/Fe3＋, Fe3＋/Fe4＋变价的过程： * * LixMSiO4 相对的结构稳定性 形成能计算通用公式（可混和性） Li2MSiO4/MSiO4 Li2MSiO4/LiMSiO4 LiMSiO4/MSiO4