锂电问题包括极化双电层螯合物

锂电问题
1充放电倍率问题：首先，讨论倍率的时候，得分清全电池和半电池。

半电池的负极是锂片，容量远远高于正极，所以整个电池的额定容量是由正极决定的。

全电池的正极和负极
容量相差不多，整个电池的额定容量是由正极负极共同决定的。

且几乎所有电池的容量都
是与温度有关的，所以不同温度下额定容量也不一样。

其次，倍率实际上是指充放电的电流密度，只不过这个电流密度换算成了电池的额定容量
的倍数。

看一下充放电电流密度的单位mA/g，容量的单位mAh/g，可以看到二者之间的关
系为1 mA/g * 1h=1 mAh/g。

额定容量是150mAh/g时，如果1C，电流密度就是150mA/g；nC，电流密度就是n*150mA/g。

综上：
（1）标准测试里面的C和通常充放电里面的C是实际一样的，都是电流密度，只是值不一样。

（2）以1C很快放完，因为电流密度没变，仍然是1C。

2极化：极化包括浓差极化、
electro-chemical polarization 是电极极化的一种。

在外电场作用下，由于电化学作用相对
于电子运动的迟缓性改变了原有的*电偶层而引起的电极电位变化，称为电化学极化。

其特点是；在电流流出端的电极表面积累过量的电子，即电极电位趋负值，电流流入端则相反。

由电化学极化作用引起的电动势叫做活化超电压。

电化学过程受化学反应控制，由于电荷
传递缓慢而引起的极化（阻抗）。

小木虫：极化现象时化学电源中的重要问题，而对于锂电池极化现象的理解大家经常存在
偏差，本人就锂电池极化现象的理解如下：
锂电池放电过程电压平台的降低主要受欧姆电阻和极化电阻的影响，而极化电阻正是由于
锂电池内部的极化现象引起，锂电池内部的极化现象主要分为活化极化和浓差极化引起。

电化学极化主要是由于锂电池发生化学反应时电极的活化能引起，表现在BV方程的计算，物理意义可以理解为电极活性颗粒表面发生的化学放电速率相比电子迁移速率稍慢，从而
使中负极颗粒表面实际电位偏移平衡电位，引起活化极化，这种极化现象主要有电极电化
学反应的活化能决定；浓差极化现象顾名思义是由于浓度差引起的，锂电池充放电过程中，由于电极颗粒内部Li+迁移速度相比电解液很小，一般认为电极内部扩散是Li+扩散速率的控制步骤，由于Li+在电极颗粒内部的迁移速率远小于其表面发生的电化学反应速率，因
此引起浓差极化现象，会进一步加剧正负极电极电势偏离平衡电势。

一个现象就是锂电池
放电升开始时电压的出现较快的下降（不是突降）以及放电结束后出现的较快（注意不是突）的回升，这正是由于Li+在电极内部迁移的迟缓性而引起的浓差极化现象导致的。

此
处强调的放电初始的突降和放电结束的突升是由于欧姆压降及活化极化引起。

响应时间上，欧姆极化<活化极化<<浓差极化
3电池恒流充电，电压升高，恒压充电时，电流越来越小的原因：给电池充电时，外电路
提供的电压分成两部分：
第一部分用来克服锂离子电池本身的电动势（这个电动势的方向刚好与外电路相反），第
二部分用来克服整个电路中的各种电阻之和，形成电流。

随着电池的充电，正极材料的化合价越来越高，电动势也越来越大，负极则反之，锂离子
内部正负极之间的电动势就越来越来大，也就是第一部分的电压值越来越来大，那么要保
证恒流充电，整个外电路的电压（第一部分+第二部分）也就必须越来越大。

同样恒压充
电时，第二部分的值会越来越小，所以电流就越来越小了。

电流*内阻=极化电压
4电化学测试可以得到些什么信息。

循环伏安：确定反应是否可逆，判断扩散或者吸附反应。

计算材料的锂离子扩散速率。

交流阻抗：判断极化。

界面研究方法，研究产生极化的原因是否来源于材料溶液界面。

5双电层：任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。

两
相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相与吸引，形成双电层。

在电极的金属-电解质的两相界面存在电势，同样将产生双电层（electrical double layer），其总厚度一般约为0.2-20纳米。

电极的金属相为良导体，过剩电荷集中在表面；电解质的电阻较大，过剩电荷只部分紧贴相界面，称紧密双层（compact double layer）；余下部分呈分散态，称分散双层（diffuse double layer；有误译为“扩散层”）。

电极反应的核心
步骤——迁越骤（即活化步骤）都需在紧密层中进行，影响电极反应的吸附过程也发生在双电层中，故双电层结构的研究对于电化学的理论和生产都有重要意义。

胶核表面拥有一层离子，成为电位离子，电位离子层通过静电作用，把溶液中电荷相反的
离子吸引到胶核周围，被吸引的离子称为反离子，它们的电荷总量与电位离子的相等而符
号相反。

这样，在胶核周围介质的相间界面区域就形成所谓双电层。

双电层存在紧密层跟扩散层。

6、粒度分布分析：粒度分布：用特定的仪器和方法反映出粉体样品中不同粒径颗粒占颗粒总量的百分数。

有区间分布和累计分布两种形式。

区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。

累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某
粒径颗粒的百分含量。

表示粒度特性的几个关键指标：① D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所
对应的粒径。

它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50
也叫中位径或中值粒径。

D50常用来表示粉体的平均粒度。

② D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。

它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。

D97常
用来表示粉体粗端的粒度指标。

其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。

一般一次颗粒指的是晶粒粒径; 二次颗粒指团聚后颗粒的粒径
7、DSC测热稳定性。

DSC是示差扫描量热法(differential scanning calorimetry)，它既是一种例行的质量测试和作为一个研究工具。

DSC是研究在温度程序控制下物质随温度的变化其物理量（ΔQ和ΔH）的变化，即通过程序控制温度的变化，在温度变化的同时，测量试
样和参比物的功率差（热流率）与温度的关系。

（可进行化学反应的研究）
将有物相变化的样品和在所测定温度范围内不发生相变且没有任何热效应产生的参比物，
在相同的条件下进行等温加热或冷却，当样品发生相变时，在样品和参比物之间就产生一
个温度差。

物相是物质中具有特定的物理化学性质的相。

同一元素在一种物质中可以一种或多种化合
物状态存在；所以，特定物质的物相都是以元素的赋存状态及某种物相（化合物）相对含
量的特征而存在的。

例如，铜矿石中有辉铜矿（Cu2S）和赤铜矿（Cu2O），它们分别以铜的硫化物和氧化物的状态存在，两种矿物中的含铜量不同，分别为79.85%和88.80%。

TG热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA），是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份。

TGA
在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。

热重分析在实际的材料分析中经常与其
他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。

热重分析所用的仪器是热天平，
它的基本原理是，样品重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，这个微小的电量经过
放大器放大后，送入记录仪记录；而电量的大小正比于样品的重量变化量。

热重分析通常可分为两类：动态法和静态法。

⒈静态法：包括等压质量变化测定和等温质
量变化测定。

2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。

微商热重分析又称导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，简称DTG），它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。

以物质的质量变化速率（dm/dt）对温度（或时间t）作图，即得DTG曲线。

DTA是差热分析法(Differential Thermal Analysis)的简称。

是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温
的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的
温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。

降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。

DSC分为热流型和功率补偿型。

热流型：相同的功率下，测定样品和参比品两端的温度差。

功率补偿型：保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差。

当给予被测物和参比物同等热量时，因二者对热的性质不同，其升温情况必然不同，通过测定二者的温度差达到分析目的。

以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座标所得的曲线，称为DTA曲线。

一般来说，物质的脱水、脱气、蒸发、升华、分解、还原、相的转变等等表现为吸热，而物质的氧化、聚合、结晶、和化学吸附等表现为放热。

使用领域：1：DTA常用来测定物质的熔化、金属与合金的相变、高聚物玻璃转化的温度。

2：DTA可以对物相进行定性分析3：可以使用DTA进行煅烧生产过程模拟。

8混合价态化合物是指一种化合物中存在某个元素，它的化合价在这个化合物中显示的不止一个。

Co的价态为+2，+3。

（2）已知CoCl
2固体是蓝色的，CoCl
2
•6H
2
0固体和CoCl
2
溶液都是粉红色的．将滤纸放入CoCl
2
溶液中浸泡，
取出晾干．将干燥的粉红色滤纸用酒精灯小心烘烤，滤纸由粉红色逐渐变成蓝色，烘烤时反应的化学方程式是
形成后，就与一般共价键无异。

成键的两原子间共享的两个电子不是由两原子各提供一个，而是来自一个原子。

例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片式中→表示配位键。

在N和B之间的一对电子来自N原子上的孤对电子。

旧称“络合物”。

配位化合物由中心原子、配位体和外界组成。

一个配合物，可有多个配位体。

命名时二者之间用中圆点分开，且与中心原子间用合连接。

〔Pt（NH3）2Cl2〕称二氯·二氨合铂（Ⅱ），K〔Pt（C2H4）Cl3〕称三氯·（乙烯）合铂（Ⅱ）酸钾。

配体、配位体、配位基：提供电子对的分子或离子。

配位原子：配体中，提供电子对的原子。

中心原子、金属
原子：一般指接受电子对的原子。

配位数：中心原子周围的配位原子个数。

螯合物：含有螯合配体的配合物。

K4[Fe（CN）6]、[Cu（NH3）4]SO4、[Pt(NH3)2Cl2]和[Ni(CO)4]都是配合物。

其中：CN:-、∶NH3、和∶CO∶
是配体，皆有孤对电子(∶)，Fe2+、Cu2+、Pt2+和Ni是中心原子，皆可接受孤对电子。

配体和中心原子组成配
位本体,列入方括弧中。

配合物在溶液中发生部分离解，但仍趋向保持其本体。

10重金属：密度在4.5g/cm3以上的金属，称作重金属。

天然金属元素有60种，除其中的6种外，其余54
种的相对密度都大于4.5g/cm3，因此从相对密度的意义上讲，这54种金属都是重金属。

但是，在进行元素分
类时，其中有的属于稀土金属，有的划归了难熔金属。

最终在工业上真正划入重金属的为10种金属元素：铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。

这10种重金属除了具有金属共性及密度大于5以外，并无其他特别的共性。

各种重金属各有各的性质。

11机械性能是金属材料的常用指标的一个集合。

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强
烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。

常用的机械性能包括：强度、
塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。

一般XRD表征的晶体的晶粒度，说是纳米粒子主要说的是晶粒度，TEM和SEM看到的是颗粒度，是大量的纳米粒子的聚集体。

纳米材料一般指的是颗粒度在纳米范围内。

自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。

其中，晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。

与此相反，内部质点在三维空间无规律地排列的固体物质
为非晶体或非晶态。

非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的，即各向同性。

非晶体没有固定的熔点，在熔化过程中，随着温度的升高，它首先变软，然后逐渐由稠变稀，经历一个软化过程。

这些特征和晶体是不同的。

晶体可对X射线发生，非晶体不可对X射线发生衍射。

非晶态内能高、不稳定，而晶态内能低、稳定。

12晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。

如石英、云母、食盐、明矾等。

晶体共分为七大晶系：立方、六方、三方、四方、正交、单斜、三斜，十四种晶格。

晶系对应32种空间点群。

点群（point group）：晶体形态中，全部对称要素的组合称为该晶体形态的对称型或点群，在10种对称素的基础上组成的对称操作群。

点群与两个概念有关：对称要素，对称操作群，对称操作群：由物体的对称操作构
成的群。

对称操作：物体在正交变换（保持两点间距离不变的几何操作，如旋转，反伸，反映）下不变，则该
磷酸铁的DSC图表明在500摄氏度出现晶型转变，放热。

而我自己做的说明的是磷酸铁还原。

加炭煅烧内电路电子是正极到负极,外电路中电子方向是负极到正极
是的。

物理学上规定：电路中正电荷的移动方向为此电路的电流方向。

而我们知道正电荷是不会移动的（被限
制在原子核内），电路中只有负电荷（自由电子）的移动。

所以说电路中电子的流向与电流方向是相反的。

17开路电压对容量的影响：电压”一词一般只用于电路当中，“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切
电现象当中。

电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。

电压（voltage），也称作电势差或电位差，是衡量单
位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。

其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

电势：静电场的标势称为电势，或称为静电势。

在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量（与正负有关，计路中产生电流（当电位差相当大时，空气等绝缘体也会变为导体）。

用φ来表示。

电势是从能量角度上描述
电场的物理量。

（电场强度则是从力的角度描述电场)。

电位差能在闭合电路中产生电流（当电位差相当大时，
空气等绝缘体也会变为导体）。

单位为伏v。

个人理解电池组装好后有开路电压的原因：电池组装成扣电后会有电压是因为电池里面含有电荷，这些电荷存在于电解液中，而电解液开始不能完全均匀的分散开，电荷导致电势差的存在，所以产生开路
电压；而随后开路电压会降低，则是因为随着静置，电解液分布更均匀、浓度差减小，应该电压缓慢下降到一
个定值。

下降的原因也有可能是电池内的自放电造成的。

另外，半电池负极是锂片，与电解液发生反应，生产
锂离子，故产生电压。

能量密度与功率密度的关系：
18自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。

主要受电池制造工艺、材料、储存条件等因素影响。

是衡量电池性能的重要参数。

因为制作电池的原材料不可能
是百分之百的纯，总会有杂质混在中间，所以不可避免地存在自放电现象。

自放电大小即自放电率与正极材料
在电解液中的溶解性和它受热后的不稳定性（易自我分解）有关。

可充电电池的自放电远比一次电池高。

而且
电池类型不同，电池每月的自放电率也不一样。

一般在10-35%变动。

一次电池的自放电明显要低得多，在室温下每年不超过2%。

储存过程中与自放电伴随的是电池内阻上升，这会造成电池负荷力的降低，而在放电电流较大的情况下，能量的损失变化非常明显。

一般而言，自放电主要受制造工艺、材料、储存条件的影响，自放电是衡量电池性能的主要参数之一。

通常电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用。

一般地说，常规电池要求储存温度范围为-20至45℃。

电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。

放电类型：物理自放电：指由物理原因引起的自放电,电池发生自放电时,电子从电池负极流向电池正极形成电子电流与电解液中的离子电流形成电流回路。

其受温度影响小，能导致开路电位最终为零。

化学自放电：指由化学原因引起的自放电,电池发生自放电时,在电池的正极和负极之间没有电流形成。

受温度影响大，受电池荷电状态影响较大，不能导致电压最终为零。

引起自放电的原因：隔膜、极片（掉粉）、集流体（有毛刺）、杂质（电解液及材料）。

自放电导致电池寿命缩短。

过放电：
电位（电势）：静电场的标势称为电势，或称为静电势。

在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量（与正负有关，计算时将电势能和电荷的正负都带入即可判断该点电势大小及正负）之比，叫做这点的电势（也可称电位），通常用φ来表示。

电势是从能量角度上描述电场的物理量。

（电场强度则是从力的角度描述电场)。

电位差能在闭合电路中产生电流（当电位差相当大时，空气等绝缘体也会变为导体）。

电极电位：在负极或正极上进行的氧化或还原半反应叫做电极反应。

总反应称为电池反应。

19平衡电位(可逆电极电位)：当金属成为阳离子进入溶液以及溶液中的金属离子沉积到金属表面的
速度相等时，反应达到动态平衡，亦即正逆过程的物质迁移和电荷运送速度都相同，即
则该电极上具有一个恒定的电位值。

由于此时电极反应正逆过程的电荷和物质都达到了平衡。

所以把这种电位
称为平衡电极电位或可逆电位。

也可以这样定义：处于热力学平衡状态的电极体系（可逆电极），由于氧化反
应和还原反应速度相等，电荷交换和物质交换都处于动态平衡之中，因而净反应速度为零，电极上没有电流流过，即外电流等于零。

这时的电极电位就是平衡电极电位。

锌放入硫酸锌溶液中会溶解的原因：锌和硫酸锌不反应，溶解是为了电子平衡。

20标准电极电位：标准电极电位，指的是当温度为25℃，金属离子的有效浓度为1mol/L（即活度为1）时测得的平衡电位。

标准电极电位是以标准氢原子作为参比电极，即氢的标准电极电位值定为0，与氢标准电极比较，电位较高的为正，电位较低者为负。

如氢的标准电极电位H2←→H+ 为0.000V，锌标准电极电位Zn
←→Zn2+ 为-0.762V,铜的标准电极电位Cu ←→Cu2+为+0.342V。

金属浸在只含有该金属盐的电解溶液中，达到平衡时所具有的电极电位，叫做该金属的平衡电极电位。

当温度为25℃，金属离子的有效浓度为1mol/L（即活度为1）时测得的平衡电位，叫做标准电极电位。

电极电位是表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势。

如将某一金属放入它的溶液中（规定溶液中金属离
子的浓度为1 M），在25℃时，金属电极与标准氢电极（电极电位指定为零）之间的电位差，叫做该金属的标准电极电位。

水解反应：化合物、有机物。

水解反应通常包括盐水解和有机化合物水解两类。

水解反应是指化合物与水之间
发生交换成分的复分解反应，是非氧化还原反应。

21锂电池充放电平台的意义？
锂电池的充放电电压区间，充放电电压平台和中值电压的大小都与电池在充放电过程中锂离子的脱出和嵌入存在很大的关联度。

我们知道，锂电池电压的产生的由于正负极之间的电势差造成的，那么正负极之间的电势差就由于锂离子的迁移和外部电子迁移产生的。

例如钴酸锂的电压平台大概在3.6V左右，那么在此电压条件下，正极内的锂离子脱出能够保持在一定的量上（可以看做单位时间内脱
出的锂离子数量一致），因此正负极之间的锂离子浓差和外部电子的传输数量就维持在这个水平上。

电池充电后期，正极内的锂离子脱出数量逐渐减少，正负极之间的锂离子浓差变大，因此电压随之开始显著增加。

平台也可以说是衡量电池高功率的工作时间,同样两个电池容量是相同的,充满电后假设同时从4.2V放到3.6V,但是一个时间长,一个时间短,就是时间长的电池平台高,就是高电压的时间工作时间长,比如这两个电池用在手机上,待机时间是相同的,但两个手机一起打电话,平台时间长的电池通知时间会长,平台时间短的电池通话时间会短。