リチウムイオン電池の最高電圧が4.2vを突破できないのはなぜですか？

リチウムイオン電池のエネルギー貯蔵サイズを表すパラメータはエネルギー密度であり、これは電圧とリチウム電池の容量の数値の積にほぼ相当します。リチウム電池の貯蔵容量を効果的に改善するために、人々は一般的に目的を達成するために電池容量を増やすでしょう。ただし、使用する原材料の性質上、容量の増加には常に限界があるため、電圧値を上げることは、リチウム電池の容量を向上させるもう1つの方法になります。ご存知のように、リチウム電池の公称電圧は3.6vまたは3.7vで、最大電圧は4.2vです。では、なぜリチウム電池の電圧が大きく飛躍しないのでしょうか。最終的に、これはリチウム電池の材料と構造の特性によっても決定されます。

リチウム電池の電圧は、電極電位によって決まります。電位差または電位差とも呼ばれる電圧は、異なる電位による静電界内の電荷のエネルギー差を測定する物理量です。リチウムイオンの電極電位は約3Vで、リチウム電池の電圧は材料によって異なります。たとえば、一般的なリチウムイオン電池の定格電圧は3.7vで、全電圧は4.2vです。リン酸鉄リチウム電池の定格電圧は3.2v、全電圧は3.65vです。言い換えれば、実用的なリチウムイオン電池の正極と負極の電位差は4.2vを超えることはできません。これは、材料と使用の安全性に基づく要件です。

Li / Li +電極基準電位の場合、mu Aを負の材料の相対電気化学ポテンシャル、mu Cを正の材料の相対電気化学ポテンシャルとして設定します。電解質電位間隔Egは、最低電子占有レベルと最高電子占有レベルの差です。したがって、リチウム電池の最大電圧は、mu A、mu C、muEgの3つの要素です。

マイカとミックの違いは、リチウムイオン電池の開回路電圧（最大電圧）です。電圧がEgの範囲内にある場合、電解液は正常に機能します。 「通常動作」とは、リチウムイオン電池が電解液を介して正極と負極の間を行き来するが、電池構造の安定性を確保するために電解液と酸化還元しないことを意味します。アノードおよびカソード材料の電気化学ポテンシャルは、2つの形態で異常な電解質動作を引き起こします。

1.負極の電気化学ポテンシャルが電解質の最低電子占有エネルギーレベルよりも高い場合、負極の電子が電解質に取り込まれるため、電解質が酸化され、反応生成物が「負極材料の粒子表面上の「固液界面層」は、負極の破壊につながる可能性がある。

2.正極の電気化学ポテンシャルが電解質の最高電子占有エネルギーレベルよりも低い場合、電解質中の電子は正極に捕捉され、電解質によって酸素化され、反応生成物が形成されます。正極材料の粒子表面上の「固液界面層」。これは、正極の破壊につながる可能性があります。

しかしながら、正極または負極が損傷する可能性は、代わりに電極材料を保護する固液界面層の存在により、電子が電解質と正極および負極との間をさらに移動することを妨げる。言い換えれば、軽い固液界面層は「保護的」である。保護の前提は、正極と負極の電気化学ポテンシャルがEg範囲をわずかに超える可能性があることですが、あまり多くはありません。現在、たとえば、リチウムイオン電池のアノード材料は主にグラファイトを使用しています。これは、Li / Li +電極の電気化学ポテンシャルに対するグラファイトが約0.2Vであり、Eg間隔（1 V〜4.5 V）をわずかに超えているためです。しかし、「保護」「固液界面層」のため、電解質がそれ以上還元されないようにして、分極反応の発生を停止します。ただし、5Vの高電圧アノード材料は市販の有機電解質のEg範囲を超えすぎているため、充電および放電プロセスで酸化されやすくなります。充電と放電の回数が増えると、容量が減少し、耐用年数が短くなります。

ここで、リチウムイオン電池の開回路電圧が4.2 Vとして選択されたことを理解します。これは、既存の市販のリチウム電池電解質Egの範囲が1 V〜4.5 Vであるため、4.5Vのリチウム電池出力電力の開回路電圧を設定できる可能性がある場合です。 、しかしまたバッテリーの過充電のリスクを高め、過充電の害はかなりのデータがもはや言うことがないことを示しています。

上記の原則によれば、人々が電圧値を上げることによってリチウム電池のエネルギー密度を改善する方法は2つしかありません。 1つは、正極材料と高電圧値を一致させることができる電解質を見つけることです。もう1つは、バッテリーの保護面の変更を実行することです。