Ovplyvnený horúcim stupňom trhu s elektrickými vozidlami,lítium-iónové batérie, ako jeden zo základných komponentov elektrických vozidiel, boli do značnej miery zdôraznené.Ľudia sú odhodlaní vyvinúť lítium-iónovú batériu s dlhou životnosťou, vysokým výkonom a dobrou bezpečnosťou.Medzi nimi aj útlmlítium-iónová batériakapacita je veľmi hodná pozornosti každého, len úplné pochopenie dôvodov útlmu lítium-iónových batérií alebo mechanizmu, aby bolo možné predpísať správny liek na vyriešenie problému, že kapacita lítium-iónových batérií, prečo útlm?
Dôvody degradácie kapacity lítium-iónových batérií
1. Materiál kladnej elektródy
LiCoO2 je jedným z bežne používaných katódových materiálov (kategória 3C je široko používaná a napájacie batérie v podstate nesú ternárny a lítium-železnatý fosforečnan).Ako sa počet cyklov zvyšuje, strata aktívnych lítiových iónov prispieva viac k poklesu kapacity.Po 200 cykloch LiCoO2 neprešiel fázovým prechodom, ale skôr zmenou v lamelárnej štruktúre, čo viedlo k ťažkostiam pri odstraňovaní Li+.
LiFePO4 má dobrú štrukturálnu stabilitu, ale Fe3+ v anóde sa rozpúšťa a redukuje na kov Fe na grafitovej anóde, čo vedie k zvýšenej polarizácii anódy.Vo všeobecnosti sa rozpusteniu Fe3+ bráni potiahnutím častíc LiFePO4 alebo voľbou elektrolytu.
NCM ternárne materiály ① Ióny prechodných kovov v katódovom materiáli z oxidu prechodného kovu sa ľahko rozpúšťajú pri vysokých teplotách, čím sa uvoľňujú v elektrolyte alebo sa ukladajú na zápornej strane, čo spôsobuje útlm kapacity;② Keď je napätie vyššie ako 4,4 V oproti Li+/Li, štrukturálna zmena ternárneho materiálu vedie k degradácii kapacity;③ Li-Ni zmiešané rady, čo vedie k zablokovaniu Li+ kanálov.
Hlavnými príčinami degradácie kapacity lítium-iónových batérií na báze LiMnO4 sú 1. nevratné fázové alebo štrukturálne zmeny, ako je Jahn-Tellerova aberácia;a 2. rozpúšťanie Mn v elektrolyte (prítomnosť HF v elektrolyte), disproporcionačné reakcie alebo redukcia na anóde.
2. Materiály negatívnych elektród
Vytváranie precipitácie lítia na anódovej strane grafitu (časť lítia sa stáva „mŕtvym lítiom“ alebo vytvára lítiové dendrity), pri nízkych teplotách sa difúzia lítiových iónov ľahko spomaľuje, čo vedie k precipitácii lítia, a náchylné je aj zrážanie lítia keď je pomer N/P príliš nízky.
Opakovaná deštrukcia a rast SEI filmu na anódovej strane vedie k vyčerpaniu lítia a zvýšenej polarizácii.
Opakovaný proces vkladania lítia/odstránenia lítia v anóde na báze kremíka môže ľahko viesť k objemovej expanzii a prasknutiu kremíkových častíc.Preto je pre kremíkovú anódu obzvlášť dôležité nájsť spôsob, ako zabrániť jej objemovej expanzii.
3.Elektrolyt
Faktory v elektrolyte, ktoré prispievajú k degradácii kapacitylítium-iónové batériezahŕňať:
1. Rozklad rozpúšťadiel a elektrolytov (vážna porucha alebo bezpečnostné problémy, ako je produkcia plynu), pre organické rozpúšťadlá, keď je oxidačný potenciál väčší ako 5V oproti Li+/Li alebo redukčný potenciál je nižší ako 0,8V (rôzne napätie rozkladu elektrolytu je rôzne), ľahko rozložiteľné.V prípade elektrolytu (napr. LiPF6) sa ľahko rozkladá pri vyššej teplote (nad 55 °C) kvôli zlej stabilite;
2. So zvyšujúcim sa počtom cyklov sa zvyšuje reakcia medzi elektrolytom a kladnými a zápornými elektródami, čím sa kapacita prenosu hmoty oslabuje.
4.Membrána
Membrána môže blokovať elektróny a zabezpečiť prenos iónov.Schopnosť membrány transportovať Li+ sa však znižuje, keď sú otvory membrány upchaté produktmi rozkladu elektrolytu atď., alebo keď sa membrána zmršťuje pri vysokých teplotách, alebo keď membrána starne.Okrem toho je hlavným dôvodom jeho zlyhania tvorba dendritov lítia prepichujúcich membránu, čo vedie k vnútornému skratu.
5. Zber tekutiny
Príčinou straty kapacity v dôsledku kolektora je vo všeobecnosti korózia kolektora.Meď sa používa ako negatívny kolektor, pretože sa ľahko oxiduje pri vysokých potenciáloch, zatiaľ čo hliník sa používa ako pozitívny kolektor, pretože je ľahké vytvoriť zliatinu lítia a hliníka s lítiom pri nízkych potenciáloch.Pri nízkom napätí (až 1,5 V a menej, nadmerné vybíjanie) sa meď v elektrolyte oxiduje na Cu2+ a usadzuje sa na povrchu zápornej elektródy, čím bráni de-zabudovaniu lítia, čo vedie k degradácii kapacity.A na pozitívnej strane, prebíjaniebatériespôsobuje jamkovanie hliníkového kolektora, čo vedie k zvýšeniu vnútorného odporu a degradácii kapacity.
6. Faktory nabitia a vybitia
Nadmerné násobiče nabíjania a vybíjania môžu viesť k zrýchlenej degradácii kapacity lítium-iónových batérií.Zvýšenie násobiteľa nabitia/vybitia znamená, že sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši polarizačná impedancia batérie, čo vedie k zníženiu kapacity.Okrem toho difúzne indukované napätie generované nabíjaním a vybíjaním pri vysokých rýchlostiach násobenia vedie k strate aktívneho materiálu katódy a zrýchlenému starnutiu batérie.
V prípade prebitia a nadmerného vybitia batérií je negatívna elektróda náchylná na zrážanie lítia, kladná elektróda skolabuje mechanizmus nadmerného odstraňovania lítia a zrýchľuje sa oxidačný rozklad elektrolytu (výskyt vedľajších produktov a tvorba plynu).Keď je batéria príliš vybitá, medená fólia má tendenciu sa rozpúšťať (bráni odstraňovaniu lítia alebo priamo vytváraniu medených dendritov), čo vedie k degradácii kapacity alebo zlyhaniu batérie.
Štúdie stratégie nabíjania ukázali, že keď je vypínacie napätie nabíjania 4 V, vhodným znížením vypínacieho napätia nabíjania (napr. 3,95 V) sa môže zlepšiť životnosť batérie.Ukázalo sa tiež, že rýchle nabíjanie batérie na 100 % SOC sa vybíja rýchlejšie ako rýchle nabíjanie na 80 % SOC.Okrem toho Li a spol.zistili, že hoci pulzovanie môže zlepšiť účinnosť nabíjania, vnútorný odpor batérie sa výrazne zvýši a strata aktívneho materiálu zápornej elektródy je vážna.
7.Teplota
Vplyv teploty na kapacitulítium-iónové batérieje tiež veľmi dôležité.Pri dlhšej prevádzke pri vyšších teplotách dochádza v batérii k nárastu vedľajších reakcií (napr. rozkladu elektrolytu), čo vedie k nezvratnej strate kapacity.Pri dlhodobej prevádzke pri nižších teplotách sa celková impedancia batérie zvyšuje (vodivosť elektrolytu sa znižuje, impedancia SEI sa zvyšuje a rýchlosť elektrochemických reakcií klesá) a je náchylný na zrážanie lítia z batérie.
Vyššie uvedené je hlavným dôvodom degradácie kapacity lítium-iónovej batérie, verím, že prostredníctvom vyššie uvedeného úvodu rozumiete príčinám degradácie kapacity lítium-iónovej batérie.
Čas odoslania: 24. júla 2023