為何鋰離子電池的最大電壓不能超過4.2v?

能量密度是描述鋰離子電池儲能大小的參數，它近似等于電壓與鋰離子電池容量的乘積。為了有效提高鋰離子電池的存儲容量，人們通常采用新增電池容量的方法來達到這一目的。然而，由于所使用材料的性質，容量的新增總是有限的，所以新增電壓值成為提高鋰離子電池存儲容量的另一種方式。如你所知，鋰離子電池的額定電壓為3.6v或3.7v，最大電壓為4.2v。那么，為何鋰離子電池不能取得更大的突破呢?最終，這也是由鋰離子電池的材料和結構特性決定的。

鋰離子電池的電壓是由電極電位決定的。電壓，又稱電位差或電位差，是測量靜電場中不同電位引起的能量差的物理量。鋰離子的電極電位約為3V，鋰離子電池的電壓隨材料的不同而不同。例如，一般鋰離子電池額定電壓為3.7V，滿壓為4.2V;磷酸鐵鋰離子電池的額定電壓為3.2v，滿電壓為3.65v。換句話說，實際鋰離子電池的正極和負極之間的電位差不能超過4.2v，這是基于材料和安全性的要求。

取Li/Li+的參考電位，設A為陰極材料的相對電化學電位，C為陽極材料的相對電化學電位。電解質電位區間Eg是電解質的最低電子未占據能級與最高電子占據能級之差。因此，鋰離子電池的最高電壓值由三個因素決定:A、C、Eg。

相A與相C的差別是鋰離子電池的開路電壓(最大電壓)，當在Eg范圍內時，保證了電解液的正常工作。正常工作是指鋰離子電池通過電解液在正負電極之間來回移動，但不與電解液發生氧化還原，以保證電池結構的穩定性。正極和負極材料的電化學電位導致電解液以兩種形式異常工作:

1.當負極的電化學勢高于最低electron-free電解質的能級,負電極的電子將會被電解液,電解液會氧化,反應產物將形成一個固液界面層的粒子表面的負電極,這可能導致負電極的毀滅。

2.當正極的電化學電位低于電解液的最高電子占據水平時，電解液中的電子會被正極捕獲，并被電解液氧化。反應產物在正電極顆粒表面形成固液界面層，可能導致正電極的破壞。

然而，正極或負極破壞的可能性阻止了電子在電解質和正極或負極之間進一步移動，并保護了電極材料。換句話說，較輕的固液界面層具有保護用途。這種保護的前提是陽極和陰極的電化學電位可以略大于Eg區間，但不會太大。現在,例如,鋰離子電池負極材料大多是使用石墨,是由于石墨相關于李/李+電極的電化學勢約為0.2V,稍微超出了如間隔(1V~4.5V),但由于保護固液界面層,使電解質不會進一步減少,停止極化反應的發展。但5V高壓陰極材料超出了商用有機電解質的Eg區間，在充放電過程中容易被氧化。隨著充放電次數的新增，容量減小，使用壽命縮短。

現在了解到鋰離子電池的開路電壓被選為4.2V,因為現有的商用鋰離子電池電解質如范圍從1V4.5V,假如能夠設置的開路電壓4.5V鋰離子電池輸出功率,還新增電池過度充電的風險和超載的危害相當大的數據顯示