Pod utjecajem vrućeg stupnja tržišta električnih vozila,litij-ionske baterije, kao jedna od temeljnih komponenti električnih vozila, u velikoj su mjeri naglašena. Ljudi su predani razvoju dugovječne, snažne i sigurne litij-ionske baterije. Među njima, slabljenjelitij-ionska baterijakapacitet je vrlo vrijedan svačije pažnje, samo potpuno razumijevanje razloga slabljenja litij-ionskih baterija ili mehanizma, kako bi se mogao propisati pravi lijek za rješavanje problema, taj kapacitet litij-ionskih baterija zašto prigušenje?
Razlozi degradacije kapaciteta litij-ionskih baterija
1. Materijal pozitivne elektrode
LiCoO2 jedan je od najčešće korištenih katodnih materijala (kategorija 3C je naširoko korištena, a baterije za napajanje uglavnom sadrže ternarni i litij željezo fosfat). Kako se broj ciklusa povećava, gubitak aktivnih litijevih iona više doprinosi opadanju kapaciteta. Nakon 200 ciklusa, LiCoO2 nije prošao kroz fazni prijelaz, već promjenu u lamelnoj strukturi, što je dovelo do poteškoća u de-ugrađivanju Li+.
LiFePO4 ima dobru strukturnu stabilnost, ali Fe3+ u anodi se otapa i reducira u metal Fe na grafitnoj anodi, što rezultira povećanom polarizacijom anode. Općenito, otapanje Fe3+ se sprječava oblaganjem čestica LiFePO4 ili izborom elektrolita.
NCM ternarni materijali ① Prijelazni metalni ioni u katodnom materijalu prijelaznog metalnog oksida lako se otapaju na visokim temperaturama, čime se oslobađaju u elektrolitu ili talože na negativnoj strani uzrokujući slabljenje kapaciteta; ② Kada je napon viši od 4,4 V u odnosu na Li+/Li, strukturna promjena ternarnog materijala dovodi do degradacije kapaciteta; ③ Li-Ni miješani redovi, što dovodi do blokade Li+ kanala.
Glavni uzroci degradacije kapaciteta u litij-ionskim baterijama na bazi LiMnO4 su 1. ireverzibilne fazne ili strukturne promjene, kao što je Jahn-Tellerova aberacija; i 2. otapanje Mn u elektrolitu (prisutnost HF u elektrolitu), reakcije disproporcioniranja ili redukcija na anodi.
2. Materijali negativnih elektroda
Stvaranje taloženja litija na anodnoj strani grafita (dio litija postaje "mrtvi litij" ili stvara litijeve dendrite), na niskim temperaturama, difuzija iona litija lagano se usporava što dovodi do taloženja litija, a taloženje litija također je sklono pojavi kada je N/P omjer prenizak.
Ponavljano uništavanje i rast SEI filma na strani anode dovodi do smanjenja litija i povećane polarizacije.
Ponovljeni proces ugradnje/uklanjanja litija u anodi na bazi silicija može lako dovesti do ekspanzije volumena i pucanja čestica silicija. Stoga je za silicijsku anodu posebno važno pronaći način da se spriječi njeno širenje volumena.
3.Elektrolit
Čimbenici u elektrolitu koji pridonose degradaciji kapacitetalitij-ionske baterijeuključiti:
1. Razgradnja otapala i elektrolita (ozbiljan kvar ili sigurnosni problemi kao što je proizvodnja plina), za organska otapala, kada je oksidacijski potencijal veći od 5 V u odnosu na Li+/Li ili je redukcijski potencijal manji od 0,8 V (različiti napon razgradnje elektrolita je različite), lako se razgrađuje. 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, čime se smanjuje kapacitet prijenosa mase.
4.Dijafragma
Dijafragma može blokirati elektrone i ispuniti prijenos iona. Međutim, sposobnost dijafragme da transportira Li+ je smanjena kada su otvori dijafragme začepljeni produktima razgradnje elektrolita itd., ili kada se dijafragma skuplja na visokim temperaturama, ili kada dijafragma stari. Osim toga, stvaranje litijevih dendrita koji probijaju dijafragmu što dovodi do unutarnjeg kratkog spoja glavni je razlog njegovog kvara.
5. Skupljanje tekućine
Uzrok gubitka kapaciteta zbog kolektora općenito je korozija kolektora. Bakar se koristi kao negativni kolektor jer se lako oksidira pri visokim potencijalima, dok se aluminij koristi kao pozitivni kolektor jer je lako oblikovati leguru litij-aluminij s litijem pri niskim potencijalima. Pod niskim naponom (samo 1,5 V i niže, prekomjerno pražnjenje), bakar oksidira u Cu2+ u elektrolitu i taloži se na površini negativne elektrode, ometajući uklanjanje litija, što dovodi do degradacije kapaciteta. A s pozitivne strane, prekomjerno punjenjebaterijauzrokuje piting aluminijskog kolektora, što dovodi do povećanja unutarnjeg otpora i degradacije kapaciteta.
6. Faktori punjenja i pražnjenja
Pretjerani množitelji punjenja i pražnjenja mogu dovesti do ubrzane degradacije kapaciteta litij-ionskih baterija. Povećanje množitelja punjenja/pražnjenja znači da se polarizacijska impedancija baterije u skladu s tim povećava, što dovodi do smanjenja kapaciteta. Osim toga, naprezanje izazvano difuzijom koje nastaje punjenjem i pražnjenjem pri visokim brzinama umnažanja dovodi do gubitka katodnog aktivnog materijala i ubrzanog starenja baterije.
U slučaju prekomjernog punjenja i prekomjernog pražnjenja baterija, negativna elektroda je sklona taloženju litija, mehanizam uklanjanja prekomjernog litija pozitivne elektrode kolabira, a oksidativna razgradnja elektrolita (nastanak nusproizvoda i proizvodnja plina) se ubrzava. Kada je baterija previše ispražnjena, bakrena folija ima tendenciju otapanja (sprečavajući uklanjanje litija ili izravno stvarajući bakrene dendrite), što dovodi do degradacije kapaciteta ili kvara baterije.
Studije o strategiji punjenja pokazale su da kada je napon prekida punjenja 4 V, odgovarajuće snižavanje napona prekida punjenja (npr. 3,95 V) može poboljšati životni vijek baterije. Također je pokazano da brzo punjenje baterije do 100% SOC brže propada od brzog punjenja do 80% SOC. Osim toga, Li et al. otkrili su da iako pulsiranje može poboljšati učinkovitost punjenja, unutarnji otpor baterije će značajno porasti, a gubitak aktivnog materijala negativne elektrode je ozbiljan.
7.Temperatura
Utjecaj temperature na kapacitetlitij-ionske baterijetakođer je vrlo važno. Prilikom duljeg rada na višim temperaturama dolazi do povećanja nuspojava unutar baterije (npr. razgradnja elektrolita), što dovodi do nepovratnog gubitka kapaciteta. Kada dulje vrijeme radi na nižim temperaturama, povećava se ukupna impedancija baterije (smanjuje se vodljivost elektrolita, povećava se impedancija SEI i smanjuje se brzina elektrokemijskih reakcija), a sklona je pojava taloženja litija iz baterije.
Gore navedeno je glavni razlog degradacije kapaciteta litij-ionske baterije, kroz gornji uvod vjerujem da ste razumjeli uzroke degradacije kapaciteta litij-ionske baterije.
Vrijeme objave: 24. srpnja 2023