異なるアノード材料を使用したリチウムイオン電池セルのエネルギー密度を計算するにはどうすればよいですか？

まず、異なるアノード材料を使用したリチウムイオン電池セルのエネルギー密度計算

正と負の材料が電池のエネルギー密度を決定しますが、ほとんどの文献は単一の活性カソード材料の品質に基づいてエネルギー密度を計算します。いくつかの文献は、正の材料と負の材料の活物質の合計を考慮しています。非アクティブな電池素材の品質は無視されているため、計算結果は実際の結果と大きく異なります。

文献の計算方法に従って、一般的な正および負のリチウム電池材料のエネルギー密度が計算されます。容量と電圧を表1と表2に示します。最近、カソード材料の容量は増加していますが、理論値とのギャップはまだ大きいです。最大容量の選択では、報告された最大値は使用されませんが、表1および2の値を選択するための技術指標の選択の実現可能性。ボリューム拡張の制御、レート特性など、この値を達成するにはまだ多くの問題があります。 、およびサイクル特性。表3は、カプセル化材料とリード、カプセル化材料内の不活性材料の除去に関する一般的なパラメータを示しています[4]。

ただし、電池の形状はさまざまであり、この作業のセルは、カプセル化材料とリードを含まない他のすべての材料を指し、ほとんどの計算はセルの結果に基づいています。また、電極コーティングの許容厚さ、形状の異なる電池、不活性材料の特性パラメータが計算結果に一定の影響を与えるため、表の計算結果は実際の電池と多少のずれが生じる場合があります。これは電池の製造工程と密接に関係しています。

図29（a）-（j）は、10個の異なる負極と16個の正極材料の組み合わせによって形成されたセルのエネルギー密度の計算結果を示しています。図2（i）は、Li-rich-300対Si-C-2000セルシステムの質量エネルギー密度がすべてのバッテリーシステムで584Whkg-2と最も高く、体積エネルギー密度が1645WhL-1（パッケージを除く）であることを示しています。 ）材料とタブ）。

表1は、使用される正の活物質とその比容量および電圧を計算します

表2は、使用される負の活物質の質量とその比容量および電圧を計算します。

図2さまざまなアノード材料とさまざまなカソード材料のセルエネルギー密度の計算（a）グラファイト。 （b）ソフトカーボンSC-400; （d）ハードカーボン-250; （e）SiOx-420; （f）SiOx- 1000; （g）Si-C-450; （h）Si-C-1000; （j）チタン酸リチウム

第二に、金属リチウムイオン電池セルのエネルギー密度の計算

上記の計算結果はすべて負極材料であり、グラファイトの理論理論容量は372mAhg-1 [5]、現在の可逆容量は365mAhg-1に達し、大容量トラック負極材料の可逆容量は1000-に達する可能性があります。 1500mAhg-1。ただし、リチウムをデインターカレートするプロセスでは、大量の膨張と収縮が発生します。また、実際の容量である380〜450mAhg-1を十分に発揮することは困難です。対照的に、金属リチウムの理論比容量は3,860mAhg-1と高く、利用率が33％でも1287mAhg-1であり、リチウム源として使用できます。しかし、金属リチウムには、リチウムデンドライト、細孔の不均一な成長、電解質との連続的な副反応、体積膨張の問題、循環中の界面の安定性など、多くの安全上の問題があります。

この作業では、さまざまなバッテリーの金属リチウム容量のさまざまな可能性を考慮して、リチウム金属の利用率がそれぞれ100％、80％、50％、33％のさまざまなリチウム金属バッテリーのエネルギー密度を計算します。図3と図2を比較すると、同じ正極システムで金属リチウム容量が発揮されると、金属リチウムイオン電池のエネルギー密度がリチウム電池よりも大きくなることがわかります。例えば、金属リチウムの負極としてLi-rich-300カソード材料を使用した場合、33％しか作用しなくてもエネルギー密度は649 Whkg-1、エネルギー密度は521Whkg-1です。

（a）Li容量が十分に活用されている。

（b）Li容量は80％です。

（c）Li容量は50％です。

（d）Li容量は33％です。

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