Pod utjecajem vrućine tržišta električnih vozila,litijum-jonske baterije, kao jedna od osnovnih komponenti električnih vozila, u velikoj mjeri su naglašene.Ljudi su posvećeni razvoju dugotrajne, visoke snage, dobre sigurnosne litijum-jonske baterije.Među njima je i slabljenjelitijum-jonska baterijaKapacitet je vrlo vrijedan svačije pažnje, samo potpuno razumijevanje razloga slabljenja litijum-jonskih baterija ili mehanizma, kako bi se mogao propisati pravi lijek za rješavanje problema, taj kapacitet litijum-jonskih baterija zašto se slabljenje?
Razlozi smanjenja kapaciteta litijum-jonskih baterija
1. Materijal pozitivne elektrode
LiCoO2 je jedan od najčešće korišćenih katodnih materijala (kategorija 3C se široko koristi, a energetske baterije u osnovi nose ternarni i litijum gvožđe fosfat).Kako se broj ciklusa povećava, gubitak aktivnih litijum jona više doprinosi opadanju kapaciteta.Nakon 200 ciklusa, LiCoO2 nije prošao faznu tranziciju, već promjenu u lamelnoj strukturi, što je dovelo do poteškoća u uklanjanju Li+.
LiFePO4 ima dobru strukturnu stabilnost, ali Fe3+ u anodi se otapa i redukuje u Fe metal na grafitnoj anodi, što rezultira povećanom polarizacijom anode.Općenito, otapanje Fe3+ se sprječava premazivanjem čestica LiFePO4 ili izborom elektrolita.
NCM ternarni materijali ① Joni prijelaznog metala u materijalu katode oksida prijelaznog metala lako se otapaju na visokim temperaturama, tako se oslobađaju u elektrolitu ili se talože na negativnoj strani uzrokujući slabljenje kapaciteta;② Kada je napon veći od 4,4V u odnosu na Li+/Li, strukturna promjena ternarnog materijala dovodi do degradacije kapaciteta;③ Li-Ni mješoviti redovi, što dovodi do blokade Li+ kanala.
Glavni uzroci degradacije kapaciteta u litijum-jonskim baterijama na bazi LiMnO4 su 1. nepovratne faze ili strukturne promene, kao što je Jahn-Teller aberacija;i 2. rastvaranje Mn u elektrolitu (prisustvo HF u elektrolitu), reakcije disproporcionalnosti ili redukcije na anodi.
2. Materijali negativnih elektroda
Stvaranje precipitacije litijuma na anodnoj strani grafita (dio litijuma postaje "mrtav litij" ili stvara litijeve dendrite), pri niskim temperaturama, difuzija litij jona se lako usporava što dovodi do taloženja litijuma, a također je sklona pojavljivanju precipitacije litijuma kada je odnos N/P prenizak.
Ponovljeno uništavanje i rast SEI filma na anodnoj strani dovodi do iscrpljivanja litijuma i povećane polarizacije.
Ponovljeni proces ugradnje litijuma/odstranjivanja de-litijuma u anodu na bazi silicijuma može lako dovesti do proširenja zapremine i pucanja čestica silicijuma.Stoga je za silicijumsku anodu posebno važno pronaći način da se inhibira njeno proširenje zapremine.
3.Elektrolit
Faktori u elektrolitu koji doprinose degradaciji kapacitetalitijum-jonske baterijeuključiti:
1. Razgradnja rastvarača i elektrolita (ozbiljan kvar ili sigurnosni problemi kao što je proizvodnja plina), za organske rastvarače, kada je oksidacijski potencijal veći od 5V u odnosu na Li+/Li ili redukcijski potencijal manji od 0,8V (različiti napon raspadanja elektrolita je različite), lako se razlažu.Za elektrolit (npr. LiPF6), lako se razgrađuje na višoj temperaturi (preko 55℃) zbog slabe stabilnosti;.
2. Kako se broj ciklusa povećava, reakcija između elektrolita i pozitivne i negativne elektrode se povećava, zbog čega kapacitet prijenosa mase slabi.
4.Dijafragma
Dijafragma može blokirati elektrone i ispuniti prijenos iona.Međutim, sposobnost dijafragme da transportuje Li+ je smanjena kada su otvori dijafragme blokirani produktima raspadanja elektrolita itd., ili kada se dijafragma skuplja na visokim temperaturama, ili kada dijafragma stari.Osim toga, formiranje litijumskih dendrita koji probijaju dijafragmu što dovodi do unutrašnjeg kratkog spoja je glavni razlog njegovog kvara.
5. Sakupljanje tečnosti
Uzrok gubitka kapaciteta zbog kolektora je općenito korozija kolektora.Bakar se koristi kao negativni kolektor jer se lako oksidira pri visokim potencijalima, dok se aluminijum koristi kao pozitivni kolektor jer se lako formira litijum-aluminijumska legura sa litijumom pri niskim potencijalima.Pod niskim naponom (do 1,5V i ispod, prekomjerno pražnjenje), bakar oksidira u Cu2+ u elektrolitu i taloži se na površini negativne elektrode, ometajući uklanjanje litijuma, što rezultira degradacijom kapaciteta.A sa pozitivne strane, prenapunjenostbaterijauzrokuje pitting aluminijskog kolektora, što dovodi do povećanja unutrašnjeg otpora i degradacije kapaciteta.
6. Faktori punjenja i pražnjenja
Preveliki množitelji punjenja i pražnjenja mogu dovesti do ubrzane degradacije kapaciteta litijum-jonskih baterija.Povećanje množitelja punjenja/pražnjenja znači da se impedansa polarizacije baterije povećava u skladu s tim, što dovodi do smanjenja kapaciteta.Osim toga, difuzijom izazvan stres koji nastaje punjenjem i pražnjenjem pri visokim stopama razmnožavanja dovodi do gubitka aktivnog materijala katode i ubrzanog starenja baterije.
U slučaju prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja baterija, negativna elektroda je sklona taloženju litija, mehanizam za uklanjanje prekomjernog litija pozitivne elektrode se urušava, a oksidativna razgradnja elektrolita (pojava nusproizvoda i stvaranje plina) se ubrzava.Kada je baterija previše ispražnjena, bakrena folija ima tendenciju da se otopi (ometajući uklanjanje litijuma ili direktno stvaranje bakrenih dendrita), što dovodi do smanjenja kapaciteta ili kvara baterije.
Studije strategije punjenja su pokazale da kada je napon prekida punjenja 4V, odgovarajuće smanjenje napona prekida punjenja (npr. 3,95V) može poboljšati životni vijek baterije.Takođe se pokazalo da brzo punjenje baterije do 100% SOC propada brže od brzog punjenja do 80% SOC.Osim toga, Li et al.otkrili su da iako pulsiranje može poboljšati efikasnost punjenja, unutrašnji otpor baterije će značajno porasti, a gubitak aktivnog materijala negativne elektrode je ozbiljan.
7.Temperatura
Utjecaj temperature na kapacitetlitijum-jonske baterijeje takođe veoma važno.Kada se radi na višim temperaturama tokom dužeg vremenskog perioda, dolazi do povećanja nuspojava unutar baterije (npr. raspadanje elektrolita), što dovodi do nepovratnog gubitka kapaciteta.Kada se radi na nižim temperaturama tokom dužeg vremenskog perioda, ukupna impedancija baterije se povećava (vodljivost elektrolita se smanjuje, SEI impedansa se povećava, a brzina elektrohemijskih reakcija smanjuje), a taloženje litija iz baterije je sklono pojavljivanju.
Gore navedeno je glavni razlog za degradaciju kapaciteta litijum-jonske baterije, kroz gornji uvod vjerujem da imate razumijevanje uzroka degradacije kapaciteta litijum-jonske baterije.
Vrijeme objave: Jul-24-2023