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yhdhx

金虫 (小有名气)

[求助] 锂离子电池负极材料充放电的一些问题求助

有这么两个问题想请教一下大家:
  1、负极材料,材料为正极,锂片做对电极。为什么第二次放电的容量会比前一次的充电容量要大了(如下图)。我的理解是:充电是嵌入材料中的锂重新脱出来,而放电是锂再嵌入到材料中,那么嵌入的锂就应该比脱出的锂要少啊,难道是每次进行嵌锂的时候,不仅仅包含了前一次脱出来的锂,还有锂片的再次脱锂吗?是不是每次放电的过程中锂片都要脱锂啊?在文献中好像也见过这种情况,但是大部分都不会出现这种情况吧。(表达的不清楚,请各位见谅)。

2、 还有就是,为什么组的电池首次的放电容量有很高,但是首次充电时容量就很低了啊,我是按师兄的方法制备的材料,师兄组的电池容量都很高的,是我组电池由问题吗.
锂离子电池负极材料充放电的一些问题求助
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mars0611

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
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zlin: ECEPI+1, 鼓励应助! 2013-07-17 12:51:41
yhdhx: 金币+5 2013-07-17 17:58:36
同样纠结这个问题。。我理解的是对于模拟电池中的活性材料(负极),有固定的理论比容量,但是每周嵌锂的时候,会因为材料表面出现更多的缺陷和更大的比表面积,可以承载更多的锂,也就是导致放电容量的增大。你刚陈述的“锂片的再次脱锂”我是赞同的,因为锂片中的锂含量肯定是要满足于活性材料的嵌锂量的,比如说如果石墨的理论比容量是372mAh/g,锂片的含锂量可以满足,换成是si 的4200mAh/g,锂片的含锂量满足不了了,肯定不可能的吧。
4楼2013-07-17 11:08:55
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mars0611

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

充放电过程中Li 的损失不仅仅是因为放电过程中形成SEI膜消耗Li ,同样在活性材料嵌锂的过程中有一部分的Li 是不可逆的,也就是嵌进去了,脱不出来了。
5楼2013-07-17 11:16:02
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mars0611

木虫 (正式写手)

★ ★ ★
yhdhx(zlin代发): 金币+3, 金币奖励吧~ 2013-07-17 13:54:23
引用回帖:
6楼: Originally posted by yhdhx at 2013-07-17 11:37:22
谢谢你了。
        我知道有些锂时嵌进去脱不出来了,但是我组的电池不可逆也太大了,所以现在很纠结到底是制备的材料不好,还是组电池的手艺问题,如果是手艺问题的话又要怎么改进啊。...

制备材料需要注意材料的纯度,结晶性,分散性都会有影响的。装电池手艺也有可能,如果是Swagelok-type cell 放铁柱的时候一定要慢慢放,不然可能会导致隔膜破裂连电,或者导致电极片反了。
8楼2013-07-17 11:47:16
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mars0611

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

楼主,给你推荐篇文献,是陈立泉院士课题小组今年刚写的一篇文章《Lithium storage in carbon-coated SnO
2 by conversion reaction》
里面很详细的介绍了Sno2的充放电原理,也就是脱嵌锂行为。并且c包覆使材料的导电性增加,导致第一步嵌锂也就是SnO2 + xLi+ + xe- → Li2O + Sn 这步反应的可逆性增强,减少了不可逆损失,从而提高了容量。
楼主可以好好看下这篇文献,我想对你的科研会有帮助。
16楼2013-07-18 20:47:02
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LI-LIANG

铜虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
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yhdhx: 金币+3, 有帮助 2013-07-17 10:19:40
存在SIM膜啊,放电过程中形成了SIM膜,消耗了LI。所以充电时,容量就小了。前面的问题,还不太清楚,
坚持就是胜利
2楼2013-07-17 10:12:36
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yhdhx

金虫 (小有名气)

引用回帖:
2楼: Originally posted by LI-LIANG at 2013-07-17 10:12:36
存在SIM膜啊,放电过程中形成了SIM膜,消耗了LI。所以充电时,容量就小了。前面的问题,还不太清楚,

谢谢你的回复。
   可是我是按师兄的方法制备的材料,师兄组的电池首次的不可逆没有那么大的,所以不晓得是不是组电池手艺的问题,当然材料没师兄制备的好也是有可能的咯。 那请问有什么组电池的原因会导致首次的不可逆增大了?
3楼2013-07-17 10:21:54
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yhdhx

金虫 (小有名气)

引用回帖:
5楼: Originally posted by mars0611 at 2013-07-17 11:16:02
充放电过程中Li 的损失不仅仅是因为放电过程中形成SEI膜消耗Li ,同样在活性材料嵌锂的过程中有一部分的Li 是不可逆的,也就是嵌进去了,脱不出来了。

谢谢你了。
        我知道有些锂时嵌进去脱不出来了,但是我组的电池不可逆也太大了,所以现在很纠结到底是制备的材料不好,还是组电池的手艺问题,如果是手艺问题的话又要怎么改进啊。
6楼2013-07-17 11:37:22
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zerglsc

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
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yhdhx: 金币+5, 有帮助 2013-07-17 17:57:50
对于电极负极材料来说,第二次嵌锂容量高于第一次嵌锂是很正常的。原因也有很多种,例如,极片不均匀性、材料导电性不好,电解液浸润不好等。即使对于石墨这种高导电性负极来来说,也不一定首次嵌锂就一定能达到理想水平,尤其是恒流充放电。因此建议以多段逐渐减小电流的方法来嵌锂,如0.5mA放电至10mV、0.2mA放电至10mV、0.1mA放电至10mV,然后以同一电流充电即楞。你会发现同一批电池,不同段的嵌锂容量差别是很大的。一般这种方法只要第一次使用就可以了,后续循环不需要再多段嵌锂。另外,延长浸润时间,或烘烤时间,控制极片一致性,增加导电剂含量等只是电池工艺方面,多摸索一下,这个是不能偷懒的。
你的那个理解是有问题的,全电池中锂含量由正极决定,但是半电池中负极用金属锂的容量是3800mAh/g,锂片是相当于无限锂的。对于硅、硬碳、氧化物类负极来说,前几次容量增加是很常见的。正极也有这种现象。
至于你材料容量低于你师兄的,那再正常不过了,即使拿一款商业化的材料给一个新手,做出来的性能也有可能非常差的。更何况自己合成的材料。哪有稳定性可言。
7楼2013-07-17 11:46:58
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asttcoa

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
我很奇怪,你的这个是什么材料,怎么觉得部分容量是在0.3v放出来的。。。这点lz可以注意下。。。看看同样材料的文章对比一下
幽默不是主调,开心没有烦恼
9楼2013-07-17 12:59:48
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asttcoa

金虫 (正式写手)

我很奇怪,你的这个是什么材料,怎么觉得“大”部分容量是在0.3v放出来的。。。这点lz可以注意下。。。看看同样材料的文章对比一下
幽默不是主调,开心没有烦恼
10楼2013-07-17 13:00:26
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