負のデリチウム電圧と可逆容量の間の妥協点は何ですか？

厳密に言えば、質量比と電圧の間の妥協点にはリチウム金属は含まれていません。リチウム金属の動作電圧0V、理論容量3862 mAh / g、実際の容量は、活性物質の利用率によって決まります。

なぜ妥協するのですか？一般に、現在の負極候補（金属リチウムを除く）は、活電極材料の容量が大きいほど、脱リチウム電圧プラットフォーム（または平均値）が高くなるという基本的な特徴を持っています。たとえば、グラファイトカーボン材料の平均脱リチウム電位は0.15Vです。実際の容量は350mAh / gです。 Sn負極の平均脱リチウム電位は0.5Vで、理論容量は990 mAh / gです。 Si負極の平均脱リチウム電位は0.45V、理論容量は4200mAh / gです。 SnとSiの実際の利用可能な容量はまだ不明であり、最終的には使用条件によって決まります。

バッテリーのエネルギー密度と比特性は、平均動作電圧（正と負の電圧差）と質量比容量（または体積容量）の積によって決まります。カーボンベースの材料をSiまたはSnに置き換える場合、バッテリーの比容量の増加がバッテリーの動作電圧の低下を補うことができるかどうかは、考慮すべき重要な要素です。簡単な例は、リン酸鉄リチウムが正の場合、その動作電圧は3.45 Vで測定され、その容量は160mAh / gで測定されることを示しています。グラファイトカーボン（0.15 V、350mAh / g実際の容量）と一致すると、リン酸鉄1Gは0.457 gのグラファイトカーボンと一致し、バッテリーの理論上の総エネルギー比は（3.45-0 .15）V * 160mAh / 1.457gです= 362.3 mWh / G。

リチウム1Gリン酸鉄は、0.45Vおよび4200mAh / gに従って計算されるSi負極と一致します。一致する総バッテリー比エネルギーは（3.45-0 .45）V * 160mAh / 1.038 g = 462 mWh / gです。明らかに、グラファイトカーボンネガをSi負極に置き換えた後、容量の増加は、デリチウム電圧の増加によって引き起こされるバッテリー電圧の減少の影響を補うことができます。もちろん、Si負極の実際の容量は理論値に達することができないため、これは理論上の考慮事項です。 Si負極の実際の容量をPとすると、電池の総比エネルギーが362.3 mWh / gを超えるという条件を満たすために、満たされる関係は次のようになります。

もちろん、上記の式は、Siの負の電圧と容量の関係を考慮せずに、まだ少し単純化されていますが、現在説明している目的を説明することができます。利用可能なPの計算は、少なくとも492.5 mAh / gです。言い換えれば、Si負極の実際の容量は492.5 mAh / gを超えており、バッテリー全体の質量比が低下しないようになっています（フェロリン酸リチウム/グラファイトカーボンシステムと比較して）。大容量のC-Si複合ネガティブ材料の開発も、上記の議論を利用することができます。大まかに言えば、実際のアプリケーションでのC-Si複合負極のSi部分の容量は、492.5 mAh / g以上である必要があります。そうでない場合、意味がありません。

これは、負極の脱リチウム電圧の増加と可逆容量の増加の間の妥協点です。これらの2つのパラメータの間には妥協関係があるため、チタン酸リチウムと窒化物は、2つの電圧プラットフォームが非常に高く、許容できないため、ここでは直接無視されます。

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