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wgntr009

铜虫 (正式写手)

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[求助] 来ATL一个月后对锂电若干问题的疑惑

1. 文献中讲到：与经典的电化学体系不同，锂离子电池是一类特殊的电化学体系。在电极界面上发生的不是电子传递，而是离子的传递！
我的疑惑：按照经典的电化学体系，要实现电子电流和离子电流的导通，就必须在两相界面上有电子的得失。但为什么说锂离子电池没有电子的传递？它的离子电流和电子电流是怎么导通的？

2.我们在给锂离子电芯充电时，如果起始电压一样，以0.5C给电芯充电，当充电到电势3.875V时，为什么所花费的时间不同？
我的理解：极化初始电压不同，极化发展能力不同。当以0.5C充电，电极电势立马被极化到一个定值，然后才是浓差极化的发展，浓差极化越来越大，对应的电势越来高。那么，这个过程到3.875v所耗费的时间就取决于初始定值和浓差极化发展的能力。

3.在给锂离子电池充电时，电动势会变大。我发现是负极的电极电势变的更负引起的。整极几乎没有什么改变。为什么？当充电到一定程度时（此时还未达到满充）为什么电极电势会长时间维持在一个平台？

4. 我们经常会用电极电势去评估电芯的一些性能，锂离子电池的电极电势有定量的表达式吗？比如像经典电化学可逆体系中的Nernst 方程？

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Anthingispossible

1楼2012-08-28 21:15:28

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langzhizhou

版主 (职业作家)

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【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
seagrove: 金币+3, ECEPI+1, 鼓励新虫多多应助交流 2012-08-29 07:56:21
wgntr009: 金币+10 2012-08-29 21:27:54

1.锂离子电池和经典的电化学体系不同，它是金属表面又涂敷了一层多孔活性物质，电子传递到集流体，后续通过导电炭黑或者什么的，传递给活性物质，这之前是有电子传导；
而后面是锂离子在活性物质界面的嵌入和脱出，以及离子扩散。
2.LZ说的问题，我没有完全明白；初始点位一致，0.5C，充电到3.875V，时间和电池容量、极化程度（电化学极化、浓差极化）都有关系，而锂离子电池的均一性很慢完全保持一致，你设定的0.5C也未必就是当前电池循环的精确0.5C电流；
你说的时间不一致，差异多大？什么电池体系的？

3.充放电过程中，正负极电视的变化，这个现象很正常；
LZ的疑问，你要先说是什么正负极体系的电池，材料不同，曲线差异很大；另外还和你的电池正负极过量程度有关，负极过量多的话，其电势很少变化，反之。。
另外，平台和电池的活性材料直接相关，这又回到初始问题，LZ什么体系电池？通常达到充电平台说明电池正负极的嵌锂状态达到某一特定阶，平台越长，电池容量越高；

4.LZ说的这个电芯的电势，如果评估电芯性能的话，能表示什么？ SOC荷电状态，代表电池剩余容量；其余就非我所知了。

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何处高楼无可醉，谁家红袖不相怜！

2楼2012-08-28 23:02:42

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电池小兵

铁杆木虫 (著名写手)

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【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
seagrove: 金币+5, ECEPI+1, 感谢应助交流~ 2012-08-29 07:56:40
wgntr009: 金币+40, ★★★★★最佳答案 2012-08-29 21:26:46

你在ATL哪个部门啊,ATL卧虎藏龙，你们的老员工对这些问题应该有比较深的理解，小兵在此就谈一下自己的拙见，一起探讨啊。

1. 我的疑惑：按照经典的电化学体系，要实现电子电流和离子电流的导通，就必须在两相界面上有电子的得失。但为什么说锂离子电池没有电子的传递？它的离子电流和电子电流是怎么导通的？
回答：
锂离子电池充电时，正极中的锂离子从基体脱出，嵌入负极; 放电时，锂离子从负极中脱出，嵌入正极。锂离子电池的电极属于嵌合物电极，电极的组成和性质在电化学反应中是发生变化的，而经典电化学体系的电极一般是指平板电极或者球型电极，如我们常用的Au电极、GC电极、PG电极、Pt电极，其组成和性质是不发生变化的。
嵌合物电极和平板电极相同之处在于都是发生了电化学反应，都是有电子参与的反应(不然就不叫电化学反应了)。经典电化学体系发生在平板电极/电解液界面处，而嵌合物的电化学反应是由锂离子和电子共同扩散至电极材料内部发生电化学反应，这个界面不如平板电极那么好界定。
你看的资料应该是庄全超的《锂离子电池的电化学阻抗谱分析》吧，为了更好地理解锂离子电池的反应，建议多看一些经典的英文文献，可以更深入了解。

2.我们在给锂离子电芯充电时，如果起始电压一样，以0.5C给电芯充电，当充电到电势3.875V时，为什么所花费的时间不同？
我的理解：极化初始电压不同，极化发展能力不同。当以0.5C充电，电极电势立马被极化到一个定值，然后才是浓差极化的发展，浓差极化越来越大，对应的电势越来高。那么，这个过程到3.875v所耗费的时间就取决于初始定值和浓差极化发展的能力。
回答：你所说的应该是指电压平台，这与电极材料(尤其是正极)本身的固有性质有关，也就是材料的氧化还原电位，不能简单用浓差极化来理解。你可以用你们电芯的正极做一个用Li作为对电极的扣电，测一个充放电曲线，用dQ/dV作图，再测一个CV，两者相比较和分析，有助于你对电压平台的理解。材料的CV曲线中氧化或还原电位与充放电平台有着对应关系。

3.在给锂离子电池充电时，电动势会变大。我发现是负极的电极电势变的更负引起的。整极几乎没有什么改变。为什么？当充电到一定程度时（此时还未达到满充）为什么电极电势会长时间维持在一个平台？
回答：充电时，全电池的电势E是由正极的电池E(正)减去负极的电势E(负)所得到的，充电时正极电位升高、负极电位降低，表现出全电池电势增加。这个你可以看一些三电极电池体系的文献中看到。
关于平台问题，同第2问的回答。

4. 我们经常会用电极电势去评估电芯的一些性能，锂离子电池的电极电势有定量的表达式吗？比如像经典电化学可逆体系中的Nernst 方程？
回答：不是特别理解你的问题，可以把你说的用电极电势评估电芯的内容说详细一点么。Nernst方程在锂离子电池体系当中也是适用的。

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【欢迎加入小兵建的“电化学与锂电”QQ群：255149470】语录：在茫茫众生中，我不是歌星、也不是影星、更加不是幸运星，我只是一个想踏踏实实研究电池的无名小兵!

3楼2012-08-28 23:44:31

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