Ovlivněn vysokou úrovní trhu s elektrickými vozidly,lithium-iontové baterie, jako jedna ze základních součástí elektrických vozidel, byly do značné míry zdůrazněny. Lidé jsou odhodláni vyvinout lithium-iontovou baterii s dlouhou životností, vysokým výkonem a dobrou bezpečností. Mezi nimi útlumlithium-iontová bateriekapacita je velmi hodná pozornosti každého, pouze plné pochopení důvodů pro útlum lithium-iontových baterií nebo mechanismu, aby bylo možné předepsat správný lék na vyřešení problému, že kapacita lithium-iontových baterií, proč útlum?
Důvody degradace kapacity lithium-iontových baterií
1.Pozitivní elektrodový materiál
LiCoO2 je jedním z běžně používaných katodových materiálů (kategorie 3C je široce používána a napájecí baterie v podstatě nesou ternární a lithiový fosforečnan). Jak se počet cyklů zvyšuje, ztráta aktivních iontů lithia přispívá více k poklesu kapacity. Po 200 cyklech LiCoO2 neprošel fázovým přechodem, ale spíše změnou lamelární struktury, což vedlo k potížím při odstraňování Li+.
LiFePO4 má dobrou strukturální stabilitu, ale Fe3+ v anodě se rozpouští a redukuje na kov Fe na grafitové anodě, což má za následek zvýšenou polarizaci anody. Obecně je rozpuštění Fe3+ zabráněno potažením částic LiFePO4 nebo volbou elektrolytu.
NCM ternární materiály ① Ionty přechodných kovů v katodovém materiálu z oxidu přechodného kovu se snadno rozpouštějí při vysokých teplotách, čímž se uvolňují v elektrolytu nebo se ukládají na záporné straně a způsobují útlum kapacity; ② Když je napětí vyšší než 4,4V vs. Li+/Li, strukturální změna ternárního materiálu vede k degradaci kapacity; ③ Li-Ni smíšené řady vedoucí k zablokování Li+ kanálů.
Hlavními příčinami degradace kapacity lithium-iontových baterií na bázi LiMnO4 jsou 1. nevratné fázové nebo strukturální změny, jako je Jahn-Tellerova aberace; a 2. rozpouštění Mn v elektrolytu (přítomnost HF v elektrolytu), disproporcionační reakce nebo redukce na anodě.
2.Negativní elektrodové materiály
Tvorba precipitace lithia na anodové straně grafitu (část lithia se stává „mrtvým lithiem“ nebo generuje lithiové dendrity), při nízkých teplotách se difúze lithných iontů snadno zpomaluje, což vede k precipitaci lithia, a náchylná je také precipitace lithia když je poměr N/P příliš nízký.
Opakovaná destrukce a růst SEI filmu na straně anody vede k vyčerpání lithia a zvýšené polarizaci.
Opakovaný proces vkládání lithia/odstraňování lithia v anodě na bázi křemíku může snadno vést k objemové expanzi a prasklinám křemíkových částic. Proto je pro křemíkovou anodu obzvláště důležité najít způsob, jak zabránit její objemové expanzi.
3. Elektrolyt
Faktory v elektrolytu, které přispívají k degradaci kapacitylithium-iontové bateriezahrnout:
1. Rozklad rozpouštědel a elektrolytů (vážná porucha nebo bezpečnostní problémy, jako je produkce plynu), pro organická rozpouštědla, kdy oxidační potenciál je větší než 5V oproti Li+/Li nebo redukční potenciál je nižší než 0,8V (jiné napětí rozkladu elektrolytu je různé), snadno se rozkládají. U elektrolytu (např. LiPF6) se snadno rozkládá při vyšší teplotě (nad 55℃) kvůli špatné stabilitě;.
2. S rostoucím počtem cyklů se zvyšuje reakce mezi elektrolytem a kladnými a zápornými elektrodami, čímž se kapacita přenosu hmoty oslabuje.
4.Membrána
Membrána může blokovat elektrony a zajistit přenos iontů. Schopnost membrány transportovat Li+ se však snižuje, když jsou otvory membrány ucpány produkty rozkladu elektrolytu apod., nebo když se membrána smršťuje při vysokých teplotách, nebo když membrána stárne. Kromě toho je hlavním důvodem jeho selhání tvorba lithiových dendritů prorážejících membránu vedoucí k vnitřnímu zkratu.
5. Sběr kapaliny
Příčinou ztráty kapacity v důsledku kolektoru je obecně koroze kolektoru. Měď se používá jako negativní kolektor, protože se snadno oxiduje při vysokých potenciálech, zatímco hliník se používá jako pozitivní kolektor, protože je snadné vytvořit slitinu lithium-hliník s lithiem při nízkých potenciálech. Při nízkém napětí (až 1,5 V a nižším, nadměrné vybíjení) se měď oxiduje na Cu2+ v elektrolytu a ukládá se na povrchu záporné elektrody, což brání de-zabudování lithia, což má za následek degradaci kapacity. A na pozitivní straně je přebíjeníbateriezpůsobuje důlkovou korozi hliníkového kolektoru, což vede ke zvýšení vnitřního odporu a degradaci kapacity.
6. Faktory nabíjení a vybíjení
Nadměrné násobiče nabíjení a vybíjení mohou vést k urychlené degradaci kapacity lithium-iontových baterií. Zvýšení multiplikátoru nabití/vybití znamená, že se odpovídajícím způsobem zvýší polarizační impedance baterie, což vede ke snížení kapacity. Kromě toho difúzní namáhání generované nabíjením a vybíjením při vysokých multiplikačních rychlostech vede ke ztrátě aktivního materiálu katody a urychlenému stárnutí baterie.
V případě přebíjení a nadměrného vybíjení baterií je záporná elektroda náchylná k vysrážení lithia, kladná elektroda se zhroutí mechanismus nadměrného odstraňování lithia a urychluje se oxidační rozklad elektrolytu (výskyt vedlejších produktů a produkce plynu). Když je baterie příliš vybitá, měděná fólie má tendenci se rozpouštět (brání odstraňování lithia nebo přímo generování měděných dendritů), což vede ke snížení kapacity nebo selhání baterie.
Studie strategie nabíjení ukázaly, že když je vypínací napětí nabíjení 4 V, může vhodné snížení vypínacího napětí nabíjení (např. 3,95 V) zlepšit životnost baterie. Bylo také prokázáno, že rychlé nabíjení baterie na 100 % SOC se vytrácí rychleji než rychlé nabíjení na 80 % SOC. Kromě toho Li a kol. zjistili, že ačkoli pulzování může zlepšit účinnost nabíjení, vnitřní odpor baterie výrazně stoupne a ztráta aktivního materiálu záporné elektrody je vážná.
7. Teplota
Vliv teploty na kapacitulithium-iontové baterieje také velmi důležité. Při provozu při vyšších teplotách po delší dobu dochází ke zvýšení vedlejších reakcí uvnitř baterie (např. rozkladu elektrolytu), což vede k nevratné ztrátě kapacity. Při provozu při nižších teplotách po delší dobu se celková impedance baterie zvyšuje (vodivost elektrolytu se snižuje, impedance SEI se zvyšuje a rychlost elektrochemických reakcí klesá) a je náchylný k vysrážení lithia z baterie.
Výše uvedené je hlavním důvodem degradace kapacity lithium-iontové baterie, věřím, že prostřednictvím výše uvedeného úvodu rozumíte příčinám degradace kapacity lithium-iontové baterie.
Čas odeslání: 24. července 2023