锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域的高性能电池。其充放电过程涉及到正负极材料中锂离子的嵌入和脱出反应,而电解液等其他材料不会消耗。因此,电池的开路电压取决于正负极材料可逆地嵌入或脱出锂离子的电位。同时,活性物质嵌入/脱出锂离子的数量则决定了其储存锂离子的能力。
在锂离子电池中,石墨是常见的负极材料,其理论比容量为372(mAh/g)。石墨具有层状结构,其中的碳原子形成六角形晶格,在晶格之间存在着较大的层间距。锂离子在石墨中的嵌入和脱出只会造成材料层间距发生变化,但保持其各自的晶格结构,可以理想地认为是一个可逆过程。因此,石墨作为负极材料拥有良好的循环性能和较长的寿命。
对于正极材料,磷酸铁锂是一种常见的材料,其理论比容量为169.8(mAh/g)。磷酸铁锂具有层状结构,其中的FePO4晶体形成六角形晶格,在晶格之间存在着较小的层间距。锂离子在磷酸铁锂中的嵌入和