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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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litao2010

金虫 (著名写手)

[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，这样低首次效率的锂离子电池负极材料的首次充放电效率为什么很重要 ？材料能用于成品电池吗？
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1楼 2012-07-13 19:35:54
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前线轨道9799

木虫 (正式写手)
★
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小木虫: 金币+5, 回帖也精彩 2013-03-16 16:49:26
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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菩提树
19楼2012-07-14 23:57:15
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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:
72楼: Originally posted by 巫师926 at 2016-07-31 07:11:10
我不是楼主，但是我看到你的答案里面有SEI成膜会消耗小于10%的锂离子，请问这个有什么根据吗，具体是否会在一个更低的范围？能否分享一下。另外商业化的锂电产品的寿命判断标准是容量保持率小于80%，如果大约有小于 ...

目前一般认为石墨负极的首次效率为92%，这意味着在第一次充电时，如果有100个锂离子到达了石墨负极，有8个得牺牲，剩下92个可重新返回正极！这个锂是消耗成了SEI膜成分，死锂是另外一回事！商业化电池的寿命标准80%更是另另另外一回事！
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74楼2016-08-13 21:58:18
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