1.
这是你手机中锂电池的基本结构:
正极是锂化合物,比如钴酸铁锂,磷酸铁锂等;
负极一般是石墨;
中间是可以供离子自由移动的电解液,当然中间一般也会有一个隔膜。
2.
放电时,锂离子从石墨结构上『掉下来』经过电解液到达正极,这时候会产生电流。
充电时,在电场的作用下,离子又从正极跑到负极。
严谨的说法叫『嵌入』和『脱嵌』。
3.
为什么负极用石墨?
石墨有着很规整的结构,离子可以自由穿梭,由于石墨层间的范德华力,也不容易变形或者崩溃。
其实最主要的原因是,地球上的碳实在是太多了,便宜。
石墨作为负极,有哪些缺点呢?
由于本质上是『嵌入』,所以能够嵌入的 锂离子数量和体积相关,要想大容量就必须的大体积。
如果负极空间不够,锂离子嵌入负极阻力太大,无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面获得电子,形成锂单质,这就是『析锂』。
形成单质后,离子不够用了,容量自然就下降了。
容量小点就小点,勤快点充电就行,关键还有一个问题,锂晶的会像『树枝』一样生长,有可能会戳破隔膜。
然后内部短路,轻则燃烧,重则爆炸。
最大的问题是,石墨作为负极,目前的技术都已经快接近最大的理论值(350 mAh/g?)了。
没啥搞头了。
4.
Li+在锂离子电池内的存储方式除了『嵌入』,其实还有『合金化』反应。
如果选用硅进行合金化反应,最高克容量可达 4200 mAh/g,是石墨的 10 倍多,而且硅的『嵌锂电位』很低,不会出现什么析锂问题。
能量密度高,而且还安全!
简直当代电量焦虑着的福音啊。
不过哪能这么容易呢,新的问题又随之出现了。
充放电过程中,硅锂合金的生成和分解会发生体积的大幅度变化,最大膨胀可达320%.
体积变化的过程中,会出现『破裂粉化』的现象,负极的活性物质会从电极片上脱落。
一个不恰当的例子,当绿巨人变身,体型变大的时候,衣服不都破成布条,然后掉落了么,他也就只能光膀子了。
也不是没有优化的方法。
第一种,硅的纳米化。
简而言之,就是『搞小点』,再给你一点空间,这样体积变化的影响就不大。这也就是小米说的:
在电池负极增加了纳米级硅氧化合物。
还有一种,是对硅进行碳包裹。
大概相当于绿巨人那条结实的蓝裤衩。
啊,顺便说一句,有本小说,叫做《黑科技从绿巨人裤衩开始》。
5.
硅氧负极,其实在电动车上早已经应用了,但是汽车的销量和手机这种完全是不能比的。
索尼的传感器为什么这么强悍,正式得益于每年手机亿级的市场规模的支持,才能够不断做技术提升。
小米的这个做法,无论是从技术的进化和普及上,无疑是开了一个好头。
不负MIX之名。
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