鋰離子電池的電壓,有開路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等一些參數,本文不再分開一一論述,而是集中做個解釋。
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開路電壓,顧名思義,就是電池外部不接任何負載或電源,測量電池正負極之間的電位差,此即為電池的開路電壓。
工作電壓,就是電池外接負載或電源,處在工作狀態(tài),有電流流過時,測量所得的正負極之間的電位差。一般來說,由于電池內阻的存在,放電狀態(tài)時的工作電壓低于開路電壓,充電時的工作電壓高于開路電壓。
充/放電截止電壓,是指電池允許達到的高和低工作電壓。超過了這一限值,會對電池產生一些不可逆的損害,導致電池性能的降低,嚴重時甚至造成起火、等安全事故。
電池的開路電壓和工作電壓,與電池的容量存在一定的對應關系。
由于鋰離子電池內部化學材料的特性,鋰離子電池有一個合理的工作溫度范圍(常見的數據在-40℃~60℃之間),如果超出了合理的范圍使用,會對鋰離子電池的性能造成較大的影響。
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不同材料的鋰離子電池,其工作溫度范圍也是不一樣的,有些具有良好的高溫性能,有些則能夠適應低溫條件。鋰離子電池的工作電壓、容量、充放電倍率等參數都會隨著溫度的變化而發(fā)生非常顯著的變化。長時間的高溫或低溫使用,也會使得鋰離子電池的壽命加速衰減。因此,努力創(chuàng)造一個適宜的工作溫度范圍,才能夠大限度的提升鋰離子電池的性能。
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除了工作溫度有限制之外,鋰離子電池的存儲溫度也是有嚴格約束的,長期高溫或低溫存儲,都會對電池性能造成不可逆的影響。
表述鋰離子電池儲能大小的參數是能量密度,在數值上大約相當于電壓與鋰電池容量的乘積,為了有效提高鋰電池的儲電量,人們一般會用增加電池容量的方法達到目的。但是,限于所用原材料的性質,容量提升總是有限度的,于是提高電壓值成為提升鋰電池儲電能力的另一條途徑。大家知道,鋰電池標稱電壓是3.6V或3.7V,高電壓是4.2V。那么,鋰電池的電壓什為什么不能獲得更大的突破呢?說到底,這也是由鋰電池的材料及結構性質決定的。
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鋰電池的電壓是由電極電勢決定的。電壓也稱作電勢差或電位差,是衡量電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。鋰離子的電極電勢約是3V,鋰電池的電壓隨材料不同而有變化。如,一般的鋰離子電池額定電壓為3.7V,滿電電壓為4.2V;而磷酸鐵鋰電池額定電壓為3.2V,滿電電壓為3.65V。換句話說,實用中的鋰離子電池正極和負極之間的電勢差不能超過4.2V,這是一種基于材料和使用安全性的需要。
假如以Li/Li+電極為參照電位,設μA為負極材料的相對電化學勢,μC為正極材料的相對電化學勢,電解液電勢區(qū)間Eg為電解液低電子未占有能級和高電子占有能級之差。那么,決定鋰電池高電壓值的就是μA、μC、Eg這三個因素。