Onder invloed van de hete markt voor elektrische voertuigen,lithium-ionbatterijen, als een van de kerncomponenten van elektrische voertuigen, zijn in grote mate benadrukt. Mensen zetten zich in voor de ontwikkeling van een lithium-ionbatterij met een lange levensduur, hoog vermogen en goede veiligheid. Onder hen, de verzwakking vanlithium-ionbatterijcapaciteit is zeer de aandacht van iedereen waard, alleen een volledig begrip van de redenen voor de verzwakking van lithium-ionbatterijen of het mechanisme, om het juiste medicijn te kunnen voorschrijven om het probleem op te lossen, die capaciteit van lithium-ionbatterijen, waarom de verzwakking?
Redenen voor capaciteitsvermindering van lithium-ionbatterijen
1. Positief elektrodemateriaal
LiCoO2 is een van de meest gebruikte kathodematerialen (de 3C-categorie wordt veel gebruikt en stroombatterijen bevatten in principe ternair en lithiumijzerfosfaat). Naarmate het aantal cycli toeneemt, draagt het verlies aan actieve lithiumionen meer bij aan het capaciteitsverlies. Na 200 cycli onderging LiCoO2 geen faseovergang, maar eerder een verandering in de lamellaire structuur, wat leidde tot problemen bij de de-inbedding van Li+.
LiFePO4 heeft een goede structurele stabiliteit, maar het Fe3+ in de anode lost op en reduceert tot Fe-metaal op de grafietanode, wat resulteert in een verhoogde anodepolarisatie. Over het algemeen wordt het oplossen van Fe3+ voorkomen door de coating van LiFePO4-deeltjes of de keuze van elektrolyt.
NCM-ternaire materialen ① Overgangsmetaalionen in het kathodemateriaal met overgangsmetaaloxide zijn gemakkelijk op te lossen bij hoge temperaturen, waardoor ze vrijkomen in de elektrolyt of zich afzetten op de negatieve kant, wat capaciteitsverzwakking veroorzaakt; ② Wanneer de spanning hoger is dan 4,4 V versus Li+/Li, leidt de structurele verandering van het ternaire materiaal tot capaciteitsverslechtering; ③ Li-Ni gemengde rijen, wat leidt tot blokkering van Li+ kanalen.
De belangrijkste oorzaken van capaciteitsverslechtering in op LiMnO4 gebaseerde lithium-ionbatterijen zijn 1. onomkeerbare fase- of structurele veranderingen, zoals de Jahn-Teller-aberratie; en 2. oplossing van Mn in de elektrolyt (aanwezigheid van HF in de elektrolyt), disproportioneringsreacties of reductie aan de anode.
2.Negatieve elektrodematerialen
De vorming van lithiumprecipitatie aan de anodezijde van grafiet (een deel van het lithium wordt "dood lithium" of genereert lithiumdendrieten), bij lage temperaturen vertraagt de diffusie van lithiumionen gemakkelijk, wat leidt tot lithiumprecipitatie, en lithiumprecipitatie kan ook optreden. wanneer de N/P-ratio te laag is.
Herhaalde vernietiging en groei van SEI-film aan de anodezijde leidt tot lithiumuitputting en verhoogde polarisatie.
Het herhaalde proces van het inbedden/verwijderen van lithium in de op silicium gebaseerde anode kan gemakkelijk leiden tot volume-expansie en barsten van de siliciumdeeltjes. Daarom is het voor siliciumanode vooral van cruciaal belang om een manier te vinden om de volume-expansie ervan te remmen.
3.Elektrolyt
Factoren in de elektrolyt die bijdragen aan capaciteitsafbraak vanlithium-ionbatterijenerbij betrekken:
1. Ontleding van oplosmiddelen en elektrolyten (ernstige storingen of veiligheidsproblemen zoals gasproductie), voor organische oplosmiddelen, wanneer het oxidatiepotentieel groter is dan 5V versus Li+/Li of het reductiepotentieel lager is dan 0,8V (verschillende ontledingsspanningen voor elektrolyten zijn verschillend), gemakkelijk te ontleden. Voor elektrolyt (bijv. LiPF6) is het gemakkelijk te ontleden bij hogere temperaturen (meer dan 55℃) vanwege de slechte stabiliteit;
2. Naarmate het aantal cycli toeneemt, neemt de reactie tussen de elektrolyt en de positieve en negatieve elektroden toe, waardoor de massaoverdrachtscapaciteit verzwakt.
4. Diafragma
Het diafragma kan de elektronen blokkeren en de overdracht van ionen verzorgen. Het vermogen van het diafragma om Li+ te transporteren wordt echter verminderd wanneer de diafragmagaten verstopt raken door ontledingsproducten van de elektrolyt, enz., of wanneer het diafragma krimpt bij hoge temperaturen, of wanneer het diafragma veroudert. Bovendien is de vorming van lithiumdendrieten die het diafragma doorboren, wat leidt tot interne kortsluiting, de belangrijkste reden voor het falen ervan.
5. Vloeistof verzamelen
De oorzaak van capaciteitsverlies door de collector is doorgaans corrosie van de collector. Koper wordt gebruikt als de negatieve collector omdat het gemakkelijk te oxideren is bij hoge potentiaal, terwijl aluminium als positieve collector wordt gebruikt omdat het gemakkelijk is om een lithium-aluminiumlegering te vormen met lithium bij lage potentiaal. Bij lage spanning (zo laag als 1,5 V en lager, overmatige ontlading) oxideert koper tot Cu2+ in de elektrolyt en zet zich af op het oppervlak van de negatieve elektrode, waardoor de de-inbedding van lithium wordt belemmerd, wat resulteert in capaciteitsverslechtering. En aan de positieve kant: het overladen van debatterijveroorzaakt putvorming in de aluminium collector, wat leidt tot een toename van de interne weerstand en capaciteitsverslechtering.
6. Laad- en ontlaadfactoren
Overmatige laad- en ontlaadvermenigvuldigers kunnen leiden tot een versnelde achteruitgang van de capaciteit van lithium-ionbatterijen. Een toename van de laad-/ontlaadvermenigvuldiger betekent dat de polarisatie-impedantie van de batterij dienovereenkomstig toeneemt, wat leidt tot een afname van de capaciteit. Bovendien leidt de door diffusie geïnduceerde spanning die wordt gegenereerd door het laden en ontladen met hoge vermenigvuldigingssnelheden tot het verlies van actief kathodemateriaal en een versnelde veroudering van de batterij.
In het geval van overladen en ontladen van batterijen is de negatieve elektrode gevoelig voor lithiumprecipitatie, stort het overmatige lithiumverwijderingsmechanisme van de positieve elektrode in en wordt de oxidatieve ontleding van de elektrolyt (het optreden van bijproducten en gasproductie) versneld. Wanneer de batterij te diep wordt ontladen, heeft de koperfolie de neiging op te lossen (wat de de-inbedding van lithium belemmert of direct koperen dendrieten genereert), wat leidt tot capaciteitsverslechtering of batterijstoring.
Onderzoek naar laadstrategieën heeft aangetoond dat wanneer de laadafsluitspanning 4V bedraagt, het op de juiste wijze verlagen van de laadafsluitspanning (bijvoorbeeld 3,95V) de levensduur van de accu kan verbeteren. Ook is aangetoond dat snel opladen van een accu tot 100% SOC sneller vergaat dan snel opladen tot 80% SOC. Bovendien hebben Li et al. ontdekte dat hoewel pulsen de laadefficiëntie kunnen verbeteren, de interne weerstand van de batterij aanzienlijk zal stijgen en dat het verlies aan actief materiaal van de negatieve elektrode ernstig is.
7. Temperatuur
Het effect van temperatuur op de capaciteit vanlithium-ionbatterijenis ook erg belangrijk. Wanneer gedurende langere tijd bij hogere temperaturen wordt gewerkt, is er een toename van nevenreacties in de batterij (bijvoorbeeld de ontleding van de elektrolyt), wat leidt tot een onomkeerbaar capaciteitsverlies. Bij langdurig gebruik bij lagere temperaturen neemt de totale impedantie van de batterij toe (de geleidbaarheid van de elektrolyt neemt af, de SEI-impedantie neemt toe en de snelheid van elektrochemische reacties neemt af), en er kan lithiumneerslag uit de batterij optreden.
Het bovenstaande is de belangrijkste reden voor de achteruitgang van de capaciteit van de lithium-ionbatterij. Door de bovenstaande inleiding denk ik dat u inzicht heeft in de oorzaken van de achteruitgang van de capaciteit van de lithium-ionbatterij.
Posttijd: 24 juli 2023