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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 锂离子电池负极材料的首次充放电效率为什么很重要 ？
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360680356

新虫 (初入文坛)

[交流] 锂离子电池负极材料的首次充放电效率为什么很重要 ？

我实验室做得的碳类负极材料首次效率只有50%，但是其容量高而且稳定性非常好，请问各位大侠，这样低首次效率的材料能用于成品电池吗？锂离子电池的首次效率为什么很重要 ？
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1楼2012-07-13 11:50:02
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前线轨道9799

木虫 (正式写手)
★
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1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池充电），放电时锂离子再从负极出来进入正极。
3、现有锂离子电池一般采用“锂离子总量限制的方式”设计锂离子电池，即一般使用有限的正极，而使用稍微过量的负极，这样从正极出来的锂离子不会使负极达到插锂饱和状态（否则将有金属锂枝晶的形成，引起安全事故）。
4、负极的首次充放电效率非常重要就是因为——在上述“锂离子总量限制的方式”的电池体系中，锂离子的总量、可用量就决定了锂离子电池的容量，最好的负极就是——充电时从正极那里得到多少锂离子，放电时就放出多少锂离子给正极。但实际情况是——电池在首次充放电过程中，负极会消耗一部分来自正极的锂离子（一般在10%以下）以形成SEI膜，这样最终能回到正极的锂离子就少了10%，电池的实际容量比理论容量也少了10%。
5、新型的负极材料（例如碳纳米管、石墨烯），其首次充放电效率很低，甚至只有30%的首次充放电效率，也就是说，用正极材料和这些负极材料匹配成电池时，70%的正极的锂离子在第一次充放电完成后就成为了负极SEI膜成分或消耗在了其它方面，而无法再回到正极。什么叫二次电池？在这种情况下，正极中的锂离子脱嵌出去而无法在从负极那里返回到正极，也就无法实现电池的应有容量，我们采用大容量负极的目的是增加电池的总体容量，但这种情况下（首次效率低），反而浪费了正极中宝贵的锂离子，降低了电池的的实际容量。
6、如果把锂离子比喻成水，而正负极是两个瓶子，正极是玻璃瓶、负极是木头瓶，而水最初在玻璃瓶里，从玻璃瓶到木头瓶，再从木头瓶回到玻璃瓶。但由于木头有一定的吸水性，第一次的时候就会有水被吸附到木头瓶上而无法回到玻璃瓶；而如果采用新型的木头瓶，虽然容量可以很大，但其本身的吸水量也很大（吸水70%），那么玻璃瓶里的水在第一次流到新型木头瓶后就有70%的水被瓶子吸收，而只有30%的水可再次回到玻璃瓶，那么玻璃瓶就有70%的水被浪费了！
7、当然，如果能提前对木头瓶进行浸水处理，再与玻璃瓶匹配，那么是可以保证正极里的水有更高的利用效率，但对锂离子电池而言，对负极的预先锂化处理还没有很好的方式在生产上得到应用。
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rubing100
6楼2012-07-14 10:08:00
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zph2046

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
你可以这么想，负极材料第一圈放电，相当于把正极材料中的锂离子吸走，但如果库仑效率低的话，充电时吐不出足够多的锂离子，对后续充放电影响当然会很大。
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3楼2012-07-13 18:14:13
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suyi865

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
5楼: Originally posted by zph2046 at 2012-07-13 21:11:38
电解液中锂离子不怎么参与脱嵌...

电解液 真的好天真 实际电池里面你用多少电解液？？
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7楼2012-07-15 08:27:06
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rubing100

木虫 (著名写手)
送鲜花一朵
引用回帖:
6楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2012-07-14 10:08:00
1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池 ...

写得太好了，学习了!
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8楼2012-07-15 23:53:14
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xiaofuyu

禁虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
本帖内容被屏蔽
9楼2012-07-16 10:29:01
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superroc1983

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
6楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2012-07-14 10:08:00
1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池 ...

请问一下，你说的第四点 SEI消耗来自正极的锂离子，为什么不可以消耗电解质中的锂离子呢？ 谢谢！
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11楼2013-03-21 06:14:13
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superroc1983

木虫 (著名写手)
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
7楼: Originally posted by suyi865 at 2012-07-15 08:27:06
电解液 真的好天真 实际电池里面你用多少电解液？？...

你有没有做过计算，我怎么觉得电解液中的锂离子不比正极材料中的锂离子少呢？
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12楼2013-03-21 06:18:00
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superroc1983

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
9楼: Originally posted by xiaofuyu at 2012-07-16 10:29:01
因为，真正应用到电池当中，电池中循环的锂是来自正极的，那么，负极材料的首次库伦效率低的话，就会损耗相当量的锂，那么接下来的循环中，锂就会越来越少了，宏观表现就是容量一直衰减，而且一去不回头，，而平时在 ...

我也想问，“负极材料的首次库伦效率低的话，就会损耗相当量的锂”主要来自于SEI的形成，这个消耗的锂为什么不能来自于电解质中呢？刚接触battery,不是太明白。谢谢！
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13楼2013-03-21 06:21:24
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yymit

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
12楼: Originally posted by superroc1983 at 2013-03-21 06:18:00
你有没有做过计算，我怎么觉得电解液中的锂离子不比正极材料中的锂离子少呢？...

电解液的体积一般是正极材料的50%，电解液的浓度一般是1 M，Li在正极材料里的等效浓度相当于20-50 M，所以电解液里的锂离子要少的多

另外电解液里的一个锂离子变成SEI了，就需要有一个锂离子从正极中出来保持电流连续性
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14楼2013-03-21 06:45:05
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shinesn

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
很重要呢，首次效率就是放出来的跟充进去的做比较，对于负极就是充进去的跟放出来的做比较，正极放电时，负极处于充电状态，如果负极接收不了这么多锂离子，就会产生过充，会析出锂金属，首次效率越高，负极能接纳更多锂离子，就可以用更少的负极材料，对于正极来说，负极首次效率越高，发挥得越充分，也能用更少的材料。
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16楼2013-03-21 22:29:11
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yymit

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
15楼: Originally posted by superroc1983 at 2013-03-21 17:36:37
“Li在正极材料里的等效浓度相当于20-50 M”这个怎么得来？你可以算一下1g正极材料里会有多少量的Li出来，再算一下所需电解液里有多少Li. Anyway， 电解质里的Li不是小数目。
欢迎讨论，谢谢！...

LiCoO2分子量是98，密度是5g/cm3， 半个Li可以用

1L 对应5 kg，就是25 mol Li，所以浓度是25 M

不过电解液用量我估的不太对，体积是材料的两倍，浓度是1M

那么Li量就是10-20:1

其实第二点更重要，如果假设正极没有side reaction，那么电解液浓度应该是保持稳定的。所以即使SEI来自电解液，也等效于来自正极
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17楼2013-03-21 22:51:19
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前线轨道9799

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
11楼: Originally posted by superroc1983 at 2013-03-21 06:14:13
请问一下，你说的第四点 SEI消耗来自正极的锂离子，为什么不可以消耗电解质中的锂离子呢？ 谢谢！...

电解质是传递锂离子的，不会消耗，或者说，电解液消耗的锂离子会在正极上得到补充，但由于负极形成SEI膜，所以就不会把消耗掉的锂离子还给电解液，也就不会还给正极材料，也就是说，实际上还是消耗了正极的锂离子！
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18楼2013-03-22 01:03:14
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普通回帖

zgcqtnzl

银虫 (小有名气)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
seagrove: 金币+1, 鼓励新虫多多应助交流 2012-07-13 16:01:59
碳类负极很有可能首周很低，SEI很明显
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2楼2012-07-13 11:57:38
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360680356

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
3楼: Originally posted by zph2046 at 2012-07-13 18:14:13
你可以这么想，负极材料第一圈放电，相当于把正极材料中的锂离子吸走，但如果库仑效率低的话，充电时吐不出足够多的锂离子，对后续充放电影响当然会很大。

不是有电解液吗，里面没足够的锂离子提供吗
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4楼2012-07-13 19:13:48
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zph2046

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
4楼: Originally posted by 360680356 at 2012-07-13 19:13:48
不是有电解液吗，里面没足够的锂离子提供吗...

电解液中锂离子不怎么参与脱嵌
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5楼2012-07-13 21:11:38
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superroc1983

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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14楼: Originally posted by yymit at 2013-03-21 06:45:05
电解液的体积一般是正极材料的50%，电解液的浓度一般是1 M，Li在正极材料里的等效浓度相当于20-50 M，所以电解液里的锂离子要少的多

另外电解液里的一个锂离子变成SEI了，就需要有一个锂离子从正极中出来保持电 ...

“Li在正极材料里的等效浓度相当于20-50 M”这个怎么得来？你可以算一下1g正极材料里会有多少量的Li出来，再算一下所需电解液里有多少Li. Anyway， 电解质里的Li不是小数目。
欢迎讨论，谢谢！
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15楼2013-03-21 17:36:37
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xyli621

木虫 (正式写手)
讲得不错
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19楼2013-03-22 12:55:37
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superroc1983

木虫 (著名写手)
引用回帖:
17楼: Originally posted by yymit at 2013-03-21 22:51:19
LiCoO2分子量是98，密度是5g/cm3， 半个Li可以用

1L 对应5 kg，就是25 mol Li，所以浓度是25 M

不过电解液用量我估的不太对，体积是材料的两倍，浓度是1M

那么Li量就是10-20:1

其实第二点更重要，如果 ...

Many thanks.
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20楼2013-03-22 17:48:37
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superroc1983

木虫 (著名写手)
引用回帖:
18楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2013-03-22 01:03:14
电解质是传递锂离子的，不会消耗，或者说，电解液消耗的锂离子会在正极上得到补充，但由于负极形成SEI膜，所以就不会把消耗掉的锂离子还给电解液，也就不会还给正极材料，也就是说，实际上还是消耗了正极的锂离子！...

Many thanks.
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21楼2013-03-22 17:48:49
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realparadox

银虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
6楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2012-07-14 10:08:00
1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池 ...

我了个去 还有谁写的能比楼主更好吗 拜服
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22楼2013-05-19 22:46:26
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realparadox

银虫 (初入文坛)
引用回帖:
6楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2012-07-14 10:08:00
1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池 ...

啊，不是楼主，我打错了
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23楼2013-05-19 22:46:40
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CW234

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
6楼: Originally posted by 前线轨道9799 at 2012-07-14 10:08:00
1、所谓锂离子电池，也叫做“摇椅电池”——即锂离子在电池体系内反复地在正负极之间进行锂的嵌入和插入。
2、目前的锂离子电池体系使用嵌锂正极和石墨负极，体系用于充放电的锂离子首先从正极中出来进入负极（电池 ...

写得真的很好，另我茅塞顿开，谢谢！
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24楼2013-10-24 21:50:53
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洛浦秋风

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
楼主总结的真好，赞一个。
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25楼2016-01-11 20:23:25
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1990diandian

新虫 (初入文坛)
学习了，赞
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26楼2017-06-01 10:10:42
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lschwein

铜虫 (初入文坛)
送红花一朵
学习学习
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27楼2017-12-26 21:50:24
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sqtj10楼
2012-12-10 10:39   回复  
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