Met die vinnige ontwikkeling van wetenskap en tegnologie het litium-ioonbatterye die hoofstroom-energiebergingstegnologie geword in velde soos mobiele toestelle en elektriese voertuie. Die probleem van litium-ioon batterykapasiteit agteruitgang het egter nog altyd bestaan, wat die dienslewe en werkverrigting van die battery beperk. Hoekom verval litium-ioon battery kapasiteit? Kyk.
Litium-ioonbatterye het verskillende inbeddingsenergieë wanneer 'n inbeddingsreaksie tussen twee elektrodes plaasvind, en die kapasiteitsverhouding van die twee gasheerelektrodes behoort 'n ewewigswaarde te handhaaf om die beste werkverrigting uit die battery te kry.
In litium-ioon batterye, word die kapasiteitsbalans uitgedruk as die massaverhouding van die positiewe elektrode tot die negatiewe elektrode, dws: γ = m+/m- = ΔxC-/ΔyC+
In die bogenoemde vergelyking verwys C na die teoretiese coulombiese kapasiteit van die elektrode, en Δx en Δy verwys na die stoïgiometriese aantal litiumione wat onderskeidelik in die negatiewe en positiewe elektrodes ingebed is. Uit die bogenoemde vergelyking kan gesien word dat die vereiste massaverhouding van die twee elektrodes afhang van die ooreenstemmende coulombiese vermoëns van die twee elektrodes en hul onderskeie aantal omkeerbare litiumione.
In die algemeen lei kleiner massaverhoudings tot onvolledige benutting van die anodemateriaal; groter massaverhoudings kan 'n veiligheidsgevaar inhou as gevolg van oorlaai van die anode. Kortom, die batteryprestasie is die beste by die geoptimaliseerde massaverhouding.
Vir 'n ideale Li-ion-batterystelsel verander die inhoudsbalans nie tydens sy fietsrysiklus nie en die aanvanklike kapasiteit is 'n sekere waarde in elke siklus, maar die werklike situasie is baie meer ingewikkeld. Enige newe-reaksie wat litiumione of elektrone produseer of verbruik, kan lei tot 'n verandering in die kapasiteitsbalans van die battery, en sodra die kapasiteitsbalans van die battery verander is, is die verandering onomkeerbaar en kan dit oor baie siklusse opgehoop word, met ernstige impak op batterywerkverrigting. By litium-ioonbatterye is daar, benewens die redoksreaksie wat plaasvind wanneer litiumione ontbind word, 'n groot aantal newereaksies, soos elektroliet-ontbinding, ontbinding van die aktiewe stof, litiummetaalafsetting, ensovoorts.
01.Oorlaai
1. Grafiet anode oorlaai reaksie:
Wanneer die battery oorlaai is, word litiumione maklik verminder en op die oppervlak van die anode neergelê:
Li++e-=li(s)
Die gedeponeerde litium word op die oppervlak van die negatiewe elektrode ingekap, wat die inbedding van litium blokkeer. Dit lei tot laer afvoerdoeltreffendheid en kapasiteitsverlies as gevolg van:
① Afname in die hoeveelheid herwinbare litium.
② Die gedeponeerde litiummetaal reageer met die oplosmiddel of ondersteunende elektroliet om Li2CO3, LiF of ander produkte te vorm.
③ Die litiummetaal word gewoonlik tussen die negatiewe elektrode en die diafragma gevorm, wat die porieë van die diafragma kan blokkeer en die interne weerstand van die battery kan verhoog;
④ Aangesien litium baie sterk van aard is, kan dit as 'n elektroliet gebruik word.
As gevolg van die aktiewe aard van litium, is dit maklik om met die elektroliet te reageer en die elektroliet te verbruik. Dit lei tot laer ontladingsdoeltreffendheid en verlies aan kapasiteit.
Vinnige laai, oormatige stroomdigtheid, ernstige polarisasie van die negatiewe elektrode, litiumneerslag sal duideliker wees. Dit is geneig om te gebeur waar die positiewe elektrode aktiewe stowwe in oormaat is relatief tot die negatiewe elektrode aktiewe. In die geval van hoë laaitempo, selfs al is die verhouding van positiewe en negatiewe elektrode aktiewe stowwe normaal, kan die afsetting van litiummetaal ook voorkom.
2. Positiewe elektrode oorlaai reaksie
Wanneer die verhouding van positiewe elektrode aktiewe materiaal tot negatiewe elektrode aktiewe materiaal te laag is, sal positiewe elektrode oorlading waarskynlik plaasvind.
Die kapasiteitsverlies wat deur anodeoorlading veroorsaak word, is hoofsaaklik te wyte aan die opwekking van elektrochemiese inerte stowwe (soos Co3O4, Mn2O3, ens.), wat die kapasiteitsbalans tussen elektrodes vernietig, en die kapasiteitsverlies daarvan is onomkeerbaar.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4+O2(g)]+yLiCoO2 y<0.4
Intussen sal die suurstof wat deur die ontbinding van die katodemateriaal in die verseëlde litium-ioonbattery gegenereer word ondenkbare gevolge hê as gevolg van die nie-bestaan van die rekombinasiereaksie (bv. die opwekking van H2O) wat op dieselfde tyd saam met die vlambare gasse wat gegenereer word, ophoop deur die ontbinding van die elektroliet.
(2)λ-MnO2
Litium-mangaan-reaksie vind plaas in die toestand van volledige delithiation van litium-mangaanoksied: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektroliet oksidasie reaksie in oorlading
Wanneer die druk hoër as 4.5V is, sal die elektroliet oksideer en onoplosbare materiaal (soos Li2Co3) en gas genereer, hierdie onoplosbare materiaal sal in die elektrode se mikroporeuse binnekant geblokkeer word om die migrasie van litiumione te verhinder, wat die verlies van kapasiteit in die fietsryproses.
Faktore wat oksidasietempo beïnvloed:
Oppervlakte van anodemateriaal
Versamelaar materiaal
Die bygevoegde geleidende middel (koolstofswart, ens.)
Tipes en oppervlakte van koolstofswart
Onder die meer algemeen gebruikte elektroliete vandag, word EC/DMC beskou as die hoogste oksidasieweerstand. Die elektrochemiese oksidasieproses van 'n oplossing word gewoonlik soos volg uitgedruk: oplossing → oksidasieprodukte (gasse, oplossings en vaste stowwe) + ne-
Oksidasie van enige oplosmiddel sal die konsentrasie van die elektroliet verhoog, die stabiliteit van die elektroliet verminder en uiteindelik die kapasiteit van die battery beïnvloed. As aanvaar word dat 'n klein gedeelte van die elektroliet verbruik word elke keer as dit gelaai word, sal meer elektroliet benodig word tydens batterysamestelling. Vir 'n konstante houer sou dit beteken dat 'n kleiner hoeveelheid aktiewe materiaal gelaai word, wat 'n daling in aanvanklike kapasiteit sal veroorsaak. Daarbenewens, as soliede produkte geproduseer word, sal 'n passiveringsfilm op die elektrode-oppervlak vorm, wat 'n toename in die polarisasie van die sel sal veroorsaak en die uitsetspanning van die sel sal verminder.
02.Elektroliet ontbinding
Elektroliet sluit elektroliet, oplosmiddel en bymiddels in, waarvan die aard 'n impak sal hê op die battery se dienslewe, spesifieke kapasiteit, vermenigvuldiger laai en ontlaai werkverrigting en veiligheidsprestasie. Die ontbinding van elektroliet en oplosmiddel in die elektroliet sal die verlies aan batterykapasiteit veroorsaak. In die eerste lading/ontlading sal oplosmiddels en ander stowwe op die oppervlak van die negatiewe elektrode om SEI-film te genereer 'n onomkeerbare verlies aan kapasiteit vorm, maar dit is die onvermydelike situasie.
As onsuiwerhede soos water of waterstoffluoried in die elektroliet teenwoordig is, kan die elektroliet LiPF6 by hoër temperature ontbind, en die gegenereerde produkte kan met die katodemateriaal reageer, wat 'n verlies aan batterykapasiteit tot gevolg het. Terselfdertyd sal sommige van die produkte ook met die oplosmiddel reageer en die stabiliteit van die SEI-film op die anode-oppervlak beïnvloed, wat die werkverrigting van litium-ioonbatterye sal laat verswak. Daarbenewens, as die produkte van elektroliet-ontbinding nie versoenbaar is met die elektroliet nie, sal dit die anode-porieë blokkeer tydens die migrasieproses, wat sal lei tot die agteruitgang van die batterykapasiteit.
03. Selfontlading
Litium-ioon batterye in die algemeen, kapasiteit verlies verskynsel sal voorkom, word hierdie proses genoem self-ontlading, verdeel in omkeerbare kapasiteit verlies en onomkeerbare kapasiteit verlies. Die tempo van oplosmiddeloksidasie het 'n direkte impak op die tempo van selfontlading, en die positiewe en negatiewe aktiewe materiale kan tydens die laaiproses met die opgeloste stof reageer, wat lei tot litiumioonmigrasie om die kapasiteitswanbalans en onomkeerbare degradasie te voltooi, sodat dit kan gesien word dat die vermindering van die oppervlakarea van die aktiewe materiaal die tempo van verlies aan kapasiteit kan verminder en die ontbinding van die oplosmiddel sal die batterybergingslewe beïnvloed. Daarbenewens kan diafragma lekkasie ook lei tot kapasiteitsverlies, maar hierdie moontlikheid is laag. Selfontlading, indien dit verleng word, kan lei tot litiummetaalneerlegging en verder lei tot verswakkingsveranderinge in die kapasiteit van die positiewe en negatiewe elektrodes.
04. Elektrode-onstabiliteit
Tydens die laaiproses is die aktiewe materiaal van die positiewe elektrode van die battery onstabiel, wat sal lei tot sy reaksie met die elektroliet en die batterykapasiteit beïnvloed. Onder hulle is strukturele defekte van die katodemateriaal, hoë laaipotensiaal en koolstofswartinhoud die hooffaktore wat die batterykapasiteit beïnvloed.
Alhoewel die probleem van litium-ioon batterykapasiteit agteruitgang nog nie heeltemal opgelos is nie, word geglo dat in die nabye toekoms, met die vordering van wetenskap en tegnologie en die ontwikkeling van opkomende batterytegnologieë, hierdie probleem opgelos sal word. Dit sal die ontwikkeling van elektriese voertuie, mobiele toestelle en ander nywerhede bevorder om 'n meer langdurige en betroubare energiebergingstegnologie te bewerkstellig.
