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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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| 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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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
小木虫: 金币+5, 回帖也精彩 2013-03-16 16:49:26
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
小木虫: 金币+5, 回帖也精彩 2013-03-16 16:49:26
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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。 |
19楼2012-07-14 23:57:15
5楼2012-07-13 22:13:44
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litao2010(金币+2): 谢谢参与
seagrove: ECEPI+1, 鼓励一下！应助很积极！ 2012-07-13 22:40:02
小木虫: 金币+5, 回帖也精彩 2013-03-22 09:58:52
litao2010(金币+2): 谢谢参与
seagrove: ECEPI+1, 鼓励一下！应助很积极！ 2012-07-13 22:40:02
小木虫: 金币+5, 回帖也精彩 2013-03-22 09:58:52
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首次效率低，实际是活性的锂离子损失了，锂离子在负极损失应该有两种：生成SEI和负极内的不可逆嵌锂。 (1)SEI膜的形成大家比较熟悉，电解液在负极界面发生反应并形成了固体界面膜。这里面有一点值得提一下，SEI的形成不仅仅是消耗电解液(如溶剂、添加剂等)，关键一点是消耗了一部分活性锂离子。 (2)不可逆嵌锂指的是部分活性锂离子进入碳负极后就不能再脱出。电池容量是由活性锂离子决定，活性锂离子来源于正极材料，用碳负极组装电池时本身是不带入锂离子的。理论上讲电池充放电时锂离子是不消耗的，充电时有正极脱出锂离子，脱出的锂离子嵌入负极；放电时则相反。而首次效率低，就是有部分锂离子从正极脱出并嵌入负极后，回不到正极了，再也不能参加充放电循环。LZ您的碳负极效率只有50%，导致正极很大部分处于脱锂离子的状态，该状态的正极的量是负极容量的50%，造成正极材料的浪费。而正极材料占全电池的Cost比较大，而且部分变成不可用，造成电池的能量密度变低。 综上，一般需要负极有较高的首次效率。 希望小兵的回帖对你有所帮助！ 祝实验顺利~ |
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6楼2012-07-13 22:38:12
7楼2012-07-13 22:48:08
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AnnF10楼
2012-07-14 07:30
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litao2010(金币+2): 谢谢参与
yanshilei12514楼
2012-07-14 09:12
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litao2010(金币+2): 谢谢参与