Под влиянием горячей степени рынка электромобилей,литий-ионные аккумуляторы, как одному из основных компонентов электромобилей, уделяется большое внимание.Люди стремятся разработать долговечную, мощную и безопасную литий-ионную батарею.Среди них ослаблениелитий-ионный аккумуляторЕмкость очень достойна всеобщего внимания, только полное понимание причин ослабления литий-ионных батарей или механизма, чтобы иметь возможность назначить правильное лекарство для решения проблемы, что емкость литий-ионных батарей, почему затухание?
Причины снижения емкости литий-ионных аккумуляторов
1. Материал положительного электрода
LiCoO2 является одним из наиболее часто используемых катодных материалов (широко используется категория 3C, а силовые батареи в основном содержат тройной и литий-железофосфат).По мере увеличения количества циклов потеря активных ионов лития в большей степени способствует снижению емкости.После 200 циклов LiCoO2 претерпел не фазовый переход, а изменение ламеллярной структуры, что привело к трудностям при извлечении Li+.
LiFePO4 имеет хорошую структурную стабильность, но Fe3+ в аноде растворяется и восстанавливается до металлического Fe на графитовом аноде, что приводит к увеличению поляризации анода.Обычно растворение Fe3+ предотвращается покрытием частиц LiFePO4 или выбором электролита.
Тройные материалы NCM ① Ионы переходных металлов в катодном материале из оксидов переходных металлов легко растворяются при высоких температурах, таким образом высвобождаясь в электролите или откладываясь на отрицательной стороне, вызывая снижение емкости;② Когда напряжение выше 4,4 В по сравнению с Li+/Li, структурные изменения тройного материала приводят к ухудшению емкости;③ Смешанные ряды Li-Ni, приводящие к закупорке каналов Li+.
Основными причинами снижения емкости литий-ионных аккумуляторов на основе LiMnO4 являются: 1. необратимые фазовые или структурные изменения, такие как аберрация Яна-Теллера;2. растворение Mn в электролите (наличие HF в электролите), реакции диспропорционирования или восстановления на аноде.
2.Материалы отрицательных электродов
Образование осаждения лития на анодной стороне графита (часть лития становится «мертвым литием» или образует литиевые дендриты), при низких температурах диффузия ионов лития легко замедляется, что приводит к осаждению лития, и осаждение лития также склонно происходить. когда соотношение N/P слишком низкое.
Многократное разрушение и рост пленки SEI на анодной стороне приводит к обеднению лития и увеличению поляризации.
Повторяющийся процесс внедрения лития/удаления делития в аноде на основе кремния может легко привести к объемному расширению и растрескиванию частиц кремния.Поэтому для кремниевого анода особенно важно найти способ подавить его объемное расширение.
3. Электролит
Факторы электролита, которые способствуют ухудшению емкостилитий-ионные аккумуляторывключать:
1. Разложение растворителей и электролитов (серьезные неисправности или проблемы с безопасностью, такие как выделение газа), для органических растворителей, когда окислительный потенциал превышает 5 В по сравнению с Li+/Li или восстановительный потенциал ниже 0,8 В (различное напряжение разложения электролита разные), легко разлагаются.Электролит (например, LiPF6) легко разлагается при более высокой температуре (более 55 ℃) из-за плохой стабильности.
2. По мере увеличения количества циклов реакция между электролитом и положительным и отрицательным электродами усиливается, что приводит к ослаблению способности массообмена.
4. Диафрагма
Диафрагма может блокировать электроны и осуществлять передачу ионов.Однако способность диафрагмы транспортировать Li+ снижается при закупорке отверстий диафрагмы продуктами разложения электролита и т. д., а также при усадке диафрагмы при высоких температурах или при старении диафрагмы.Кроме того, основной причиной выхода из строя диафрагмы является образование литиевых дендритов, прокалывающих диафрагму, приводящих к внутреннему короткому замыканию.
5. Сбор жидкости
Причиной потери мощности из-за коллектора обычно является коррозия коллектора.Медь используется в качестве отрицательного коллектора, поскольку она легко окисляется при высоких потенциалах, а алюминий используется в качестве положительного коллектора, поскольку при низких потенциалах легко образовывать литий-алюминиевый сплав с литием.При низком напряжении (от 1,5 В и ниже, при чрезмерном разряде) медь окисляется до Cu2+ в электролите и откладывается на поверхности отрицательного электрода, препятствуя извлечению лития, что приводит к ухудшению емкости.Положительным моментом является то, что завышенная стоимостьбатареявызывает точечную коррозию алюминиевого коллектора, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления и ухудшению емкости.
6. Коэффициенты заряда и разряда
Чрезмерные множители заряда и разряда могут привести к ускоренному снижению емкости литий-ионных аккумуляторов.Увеличение множителя заряда/разряда означает, что поляризационное сопротивление аккумулятора соответственно увеличивается, что приводит к уменьшению емкости.Кроме того, напряжение, вызванное диффузией, возникающее при зарядке и разрядке с высокими скоростями размножения, приводит к потере активного материала катода и ускоренному старению батареи.
В случае перезаряда и переразряда аккумуляторов отрицательный электрод склонен к осаждению лития, механизм удаления избыточного лития положительного электрода разрушается, а окислительное разложение электролита (возникновение побочных продуктов и газообразование) ускоряется.Когда аккумулятор чрезмерно разряжен, медная фольга имеет тенденцию растворяться (препятствуя извлечению лития или непосредственно образуя медные дендриты), что приводит к снижению емкости или выходу аккумулятора из строя.
Исследования стратегии зарядки показали, что когда напряжение отключения зарядки составляет 4 В, соответствующее снижение напряжения отключения зарядки (например, 3,95 В) может увеличить срок службы батареи.Также было показано, что быстрая зарядка аккумулятора до 100% SOC разряжается быстрее, чем быстрая зарядка до 80% SOC.Кроме того, Ли и др.обнаружили, что, хотя импульсный режим может повысить эффективность зарядки, внутреннее сопротивление батареи значительно возрастет, а потеря активного материала отрицательного электрода является серьезной.
7. Температура
Влияние температуры на емкостьлитий-ионные аккумуляторытоже очень важно.При работе при более высоких температурах в течение длительного времени происходит усиление побочных реакций внутри аккумулятора (например, разложение электролита), что приводит к необратимой потере емкости.При работе при более низких температурах в течение продолжительных периодов времени общий импеданс батареи увеличивается (уменьшается проводимость электролита, увеличивается сопротивление SEI и снижается скорость электрохимических реакций), и из батареи может происходить осаждение лития.
Вышеупомянутое является основной причиной снижения емкости литий-ионного аккумулятора. Я полагаю, что из приведенного выше введения вы поняли причины снижения емкости литий-ионного аккумулятора.
Время публикации: 24 июля 2023 г.