锂离子电池原理与工艺讲义
寿命)、倍率性能、自放电性能、安全性能、毒性以及成本等等。
⑴ 电池电动势 在等温等压条件下,电池体系的吉布斯自由能以可逆方式转变为电能时,满足公式 GT,P = -nFE,其中n是电极在氧化或还原反应中得失电子数,E即为电池的可逆电动势,它揭示了化学能转化为电能的最高限度,为改善电池性能提供了理论依据。
⑵ 开路电压和工作电压 开路电压(Open circuit voltage OCV)是外电路没有电流流过时电极之间的电位差,一般小于电池电动势。工作电压是指有电流流过时电池两极间的电位差,工作电压总是低于开路电压。
⑶ 电池内阻 电池内阻是电池的欧姆内阻(RΩ)和电极在电化学反应过程时所表现的极化电阻(Rf)的总和。其中欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是指电化学反应时由于极化引起的电阻,包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。
⑷ 容量和比容量 电池的容量是指电池在一定的充放电条件下可以从电池获得的电量(mAh或Ah)。比容量是指单位质量或者单位体积电池所能提供的容量(mAh/g或Ah/L)。
⑸ 能量和比能量 电池的能量是指电池在一定的充放电条件下对外做功所能输出的电能(Wh)。W= C E 比能量是指单位质量或者单位体积电池所能输出的电能,即质量能量密度(Wh/kg)或者体积能量密度(Wh/L)。要想获得高比能量的电池,需要选用比容量高的电极材料,或者选用工作电压高的正极材料和工作电压低的负极材料。
⑹ 功率和比功率 电池的功率是在一定充放电条件下,单位时间内电池输出的能量(W或kW)。比功率是单位质量或者单位体积为电池输出的功率,即质量功率密度(W/kg)或者体积功率密度(W/L)。
⑺ 库伦效率和能量效率 库伦效率是指同一次循环过程中电池放电容量对充电容量的比值。能量效率则是指电池对外输出的电能与充电时所耗费能量的比值。一般来说,由于过渡金属氧化物负极材料的充放电电位相差较大,因此其能量效率是比较低的。
⑻ 循环性能(电池寿命) 电池的寿命是指在一定的充放电机制下,电池容量降低到规定值(80%)时,电池所经受的循环次数。影响电池的循环寿命的
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