اشرح بالتفصيل أسباب تدهور سعة بطارية 2s 5600 ليثيوم بوليمر

2s 5600 lipo battery هي أسرع بطارية ثانوية 2s 5600 lipo نموًا بعد بطاريات النيكل كادميوم والنيكل هيدروجين 2s 5600 lipo. تجعل خصائصها عالية الطاقة مستقبلها يبدو مشرقًا. ومع ذلك، ليست بطارية 2s 5600 lipo مثالية، فمشكلتها الأكبر هي استقرار دورة الشحن والتفريغ.
CNHL يلخص ويحلل الأسباب المحتملة لانخفاض سعة بطارية 2s 5600 lipo، بما في ذلك الشحن الزائد، تحلل الإلكتروليت والتفريغ الذاتي.
تمتلك بطارية 2s 5600 lipo طاقات إدخال مختلفة عندما يحدث تفاعل الإدخال بين القطبين، ومن أجل الحصول على أفضل أداء لبطارية 2s 5600 lipo، يجب أن تحافظ نسبة السعة للقطبين المضيفين على قيمة متوازنة.
في بطارية 2s 5600 lipo، يُعبر عن توازن السعة كنسبة كتلة القطب الموجب إلى القطب السالب،
أي: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
في الصيغة أعلاه، تشير C إلى السعة النظرية بالكولوم للقطب، وتشير Δx و Δy إلى العدد الاستوكيومتري لأيونات الليثيوم المدمجة في القطب السالب والقطب الموجب على التوالي. يمكن ملاحظة من الصيغة أعلاه أن نسبة الكتلة المطلوبة للقطبين تعتمد على السعة بالكولوم المقابلة لكل منهما وعدد أيونات الليثيوم القابلة للعكس لكل منهما.
بشكل عام، تؤدي نسبة الكتلة الأصغر إلى استخدام غير كامل لمادة القطب السالب؛ قد تسبب نسبة الكتلة الأكبر خطرًا أمنيًا بسبب الشحن الزائد للقطب السالب. باختصار، عند نسبة الكتلة المثلى، تتمتع بطارية 2s 5600 lipo بأفضل أداء.
لنظام بطارية Li-ion2s 5600 lipo المثالي، لا يتغير توازن السعة خلال دورته، والسعة الأولية في كل دورة هي قيمة معينة، لكن الوضع الفعلي أكثر تعقيدًا بكثير. أي تفاعل جانبي يمكن أن يولد أو يستهلك أيونات الليثيوم أو الإلكترونات قد يسبب تغيرًا في توازن سعة بطارية 2s 5600 lipo. بمجرد تغير توازن سعة بطارية 2s 5600 lipo، يكون التغير غير قابل للعكس ويمكن أن يتراكم عبر دورات متعددة، مما يؤثر بشكل خطير على أداء بطارية 2s 5600 lipo. في بطارية 2s 5600 lipo، بالإضافة إلى تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث عند إزالة أيونات الليثيوم، هناك أيضًا عدد كبير من التفاعلات الجانبية، مثل تحلل الإلكتروليت، ذوبان المادة النشطة، وترسيب الليثيوم المعدني.

السبب 1: بطارية 2s 5600 lipo مشحونة بشكل زائد

1. تفاعل الشحن الزائد لقطب الجرافيت السالب:
عند الشحن الزائد لبطارية 2s 5600 lipo، من السهل تقليل أيونات الليثيوم وترسيبها على سطح القطب السالب:
الليثيوم المترسب يغطي سطح القطب السالب، مما يمنع تداخل الليثيوم. هذا يؤدي إلى تقليل كفاءة التفريغ وفقدان السعة بسبب:
① تقليل كمية الليثيوم القابل لإعادة التدوير;
② الليثيوم المعدني المترسب يتفاعل مع المذيب أو الإلكتروليت الداعم لتكوين Li2CO3، LiF أو منتجات أخرى;
③ عادةً ما يتكون الليثيوم المعدني بين القطب السالب والفاصل، مما قد يسد مسام الفاصل ويزيد المقاومة الداخلية لبطارية 2s 5600 lipo;
④ بسبب الطبيعة النشطة جدًا لليثيوم، من السهل أن يتفاعل مع الإلكتروليت ويستهلك الإلكتروليت، مما يؤدي إلى تقليل كفاءة التفريغ وفقدان السعة.
الشحن السريع، كثافة التيار كبيرة جدًا، القطب السالب يتعرض لاستقطاب شديد، وترسيب الليثيوم سيكون أكثر وضوحًا. من المحتمل حدوث ذلك عندما تكون مادة القطب الموجب النشطة زائدة مقارنة بمادة القطب السالب النشطة. ومع ذلك، في حالة معدل الشحن العالي، قد يحدث ترسيب لليثيوم المعدني حتى إذا كانت نسبة المواد النشطة الموجبة والسالبة طبيعية.
لشحن بطاريات الليثيوم الزائد، يرجى الرجوع إلى التالي: مبدأ شحن وتفريغ بطارية Lipo 4s، تأكد من تخزينها جيدًا!
2. تفاعل الشحن الزائد للقطب الموجب
عندما تكون نسبة مادة القطب الموجب النشطة إلى مادة القطب السالب النشطة منخفضة جدًا، فمن المحتمل حدوث شحن زائد للقطب الموجب.
فقدان السعة الناتج عن الشحن الزائد للقطب الموجب يرجع بشكل رئيسي إلى توليد مواد كيميائية كهربائية خاملة (مثل Co3O4, Mn2O3، إلخ)، والتي تدمر توازن السعة بين الأقطاب، وفقدان السعة يكون غير قابل للعكس.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
في الوقت نفسه، يتراكم الأكسجين الناتج عن تحلل مادة القطب الموجب في بطارية 2s 5600 lipo المختومة لأنه لا يوجد تفاعل إعادة تكوين (مثل توليد H2O) والغاز القابل للاشتعال الناتج عن تحلل الإلكتروليت، وستكون العواقب لا يمكن تصورها.
(2) λ-MnO2
يحدث تفاعل الليثيوم والمنغنيز عندما يتم إزالة الليثيوم بالكامل من أكسيد الليثيوم والمنغنيز: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. يتم أكسدة الإلكتروليت عند الشحن الزائد
عندما يكون الضغط أعلى من 4.5V، يتم أكسدة الإلكتروليت لتوليد مواد غير قابلة للذوبان (مثل Li2Co3) وغازات. هذه المواد غير القابلة للذوبان ستسد المسام الدقيقة للقطب وتعيق هجرة أيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى فقدان السعة أثناء التدوير.
العوامل التي تؤثر على معدل الأكسدة:
مساحة سطح مادة القطب الموجب
مادة جامع التيار
عامل التوصيل المضاف (الكربون الأسود، إلخ)
نوع ومساحة سطح الكربون الأسود
من بين الإلكتروليتات الأكثر استخدامًا، يُعتبر EC/DMC الأكثر مقاومة للأكسدة. يُعبر عن عملية الأكسدة الكهروكيميائية للمحلول عادةً كالتالي: محلول→منتج الأكسدة (غاز، محلول ومادة صلبة)+ne-
أكسدة أي مذيب ستزيد من تركيز الإلكتروليت، وتقلل من استقراره، وفي النهاية تؤثر على سعة بطارية 2s 5600 lipo. بافتراض استهلاك كمية صغيرة من الإلكتروليت مع كل شحنة، يلزم المزيد من الإلكتروليت عند تجميع بطارية 2s 5600 lipo. بالنسبة لحاوية ثابتة، هذا يعني تحميل كمية أقل من المادة الفعالة، مما يؤدي إلى انخفاض السعة الأولية. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم إنتاج منتج صلب، ستتشكل طبقة سلبية على سطح القطب، مما يسبب زيادة استقطاب بطارية 2s 5600 lipo ويقلل من جهد الإخراج.

السبب 2: تحلل إلكتروليت بطارية 2s 5600 lipo (اختزال)

أنا أتحلل على القطب
1. يتحلل الإلكتروليت على القطب الموجب:
يتكون الإلكتروليت من مذيب وإلكتروليت داعم. بعد تحلل القطب الموجب، عادة ما تتكون منتجات غير قابلة للذوبان مثل Li2Co3 و LiF، والتي تقلل من سعة بطارية 2s 5600 lipo عن طريق سد مسام القطب. تؤثر تفاعلات اختزال الإلكتروليت على سعة وعمر دورة بطارية 2s 5600 lipo. لها تأثيرات سلبية، والغاز الناتج عن الاختزال يزيد من الضغط الداخلي لبطارية 2s 5600 lipo، مما يؤدي إلى مشاكل في السلامة.
جهد تحلل القطب الموجب عادة ما يكون أكبر من 4.5 فولت (مقابل Li/Li+)، لذلك لا يتحلل بسهولة على القطب الموجب. على العكس، الإلكتروليت يتحلل بسهولة أكبر عند القطب السالب.
المقال التالي عن إلكتروليت بطارية الليثيوم يحتوي على مقدمة مفصلة، ويمكن للشركاء المهتمين الرجوع إليه:
إلكتروليت بطارية Cnhl 6s lipo، الوظيفة العملية وبناء النظام الكلاسيكي
2. يتحلل الإلكتروليت على القطب السالب:
الإلكتروليت غير مستقر على الجرافيت وأقطاب الكربون السالبة التي تحتوي على الليثيوم، ومن السهل أن يتفاعل لتوليد سعة لا رجعة فيها. خلال الشحن والتفريغ الأولي، يؤدي تحلل الإلكتروليت إلى تكوين طبقة سلبية على سطح القطب، وهذه الطبقة السلبية يمكن أن تفصل الإلكتروليت عن القطب السالب الكربوني لمنع المزيد من تحلل الإلكتروليت. وبالتالي، يتم الحفاظ على الاستقرار الهيكلي للقطب السالب الكربوني. في الظروف المثالية، يقتصر اختزال الإلكتروليت على مرحلة تكوين الطبقة السلبية، ولا يحدث هذا العملية عندما يكون الدورة مستقرة.
تكوين طبقة التمرّد
يشارك اختزال أملاح الإلكتروليت في تكوين طبقة التمرّد، وهو مفيد لاستقرار طبقة التمرّد، ولكن
(1) المادة غير القابلة للذوبان الناتجة عن الاختزال سيكون لها تأثير سلبي على منتج اختزال المذيب;
(2) تركيز الإلكتروليت ينخفض عند تقليل ملح الإلكتروليت، مما يؤدي في النهاية إلى فقدان سعة بطارية 2s 5600 lipo (يتم اختزال LiPF6 لتكوين LiF، LixPF5-x، PF3O وPF3);
(3) تكوين طبقة التمرّد يستهلك أيونات الليثيوم، مما يسبب اختلال التوازن في السعة بين القطبين ويقلل السعة النوعية لبطارية 2s 5600 lipo بأكملها.
(4) إذا كانت هناك شقوق في طبقة التمرّد، يمكن لجزيئات المذيب أن تخترق وتثخن طبقة التمرّد، مما لا يستهلك المزيد من الليثيوم فحسب، بل قد يسد المسام الدقيقة على سطح الكربون، مما يؤدي إلى عدم قدرة الليثيوم على الإدخال والاستخراج، مما يسبب فقدان سعة لا رجعة فيه. إضافة بعض الإضافات غير العضوية إلى الإلكتروليت، مثل CO2، N2O، CO، SO2، إلخ، يمكن أن تسرع من تكوين طبقة التمرّد وتمنع الإدخال المشترك وتحلل المذيب. كما أن إضافة إضافات عضوية من نوع crown ether لها نفس التأثير. 12 crowns و4 ethers هي الأفضل.
عوامل فقدان سعة الفيلم:
(1) نوع الكربون المستخدم في العملية;
(2) تركيب الإلكتروليت;
(3) الإضافات في الأقطاب أو الإلكتروليت.
يعتقد Blyr أن تفاعل تبادل الأيونات يتقدم من سطح جزيء المادة النشطة إلى نواته، والطور الجديد المتكون يدفن المادة النشطة الأصلية، وتتكون طبقة تمرّد ذات موصلية أيونية وإلكترونية منخفضة على سطح الجزيء، لذا فإن السبينيّل بعد التخزين يظهر استقطابًا أكبر من قبل التخزين.
وجد Zhang أن مقاومة طبقة التمرّد السطحي زادت وسعة الواجهة انخفضت مع زيادة عدد الدورات. وهذا يعكس أن سمك طبقة التمرّد يزداد مع عدد الدورات. يؤدي ذوبان المنغنيز وتحلل الإلكتروليت إلى تكوين أفلام تمرّد، والظروف ذات درجة الحرارة العالية أكثر ملاءمة لتقدم هذه التفاعلات. هذا سيزيد من مقاومة الاتصال بين جزيئات المادة النشطة ومقاومة هجرة Li+، مما يزيد من استقطاب بطارية 2s 5600 lipo، والشحن والتفريغ غير الكامل، وانخفاض السعة.

II آلية اختزال الإلكتروليت
غالبًا ما يحتوي الإلكتروليت على الأكسجين، الماء، ثاني أكسيد الكربون وشوائب أخرى، وتحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال أثناء عملية الشحن والتفريغ لبطارية 2s 5600 lipo.
آلية اختزال الإلكتروليت تشمل ثلاثة جوانب: اختزال المذيب، اختزال الإلكتروليت واختزال الشوائب:
1. اختزال المذيب
يشمل اختزال PC و EC عملية تفاعل إلكترون واحد وتفاعل إلكترونين، ويشكل تفاعل الإلكترونين Li2CO3:
اعتقد Fong وآخرون أنه خلال عملية التفريغ الأولى، عندما كان جهد القطب قريبًا من 0.8 فولت (مقابل Li/Li+)، حدث التفاعل الكهروكيميائي لـ PC/EC على الجرافيت لتوليد CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) و LiCO3(s)، مما أدى إلى فقدان السعة غير القابل للعكس على أقطاب الجرافيت.
أجرى Aurbach وآخرون أبحاثًا موسعة حول آلية الاختزال ومنتجات الإلكتروليتات المختلفة على أقطاب الليثيوم المعدنية وأقطاب الكربون، ووجدوا أن آلية التفاعل ذات الإلكترون الواحد لـ PC تنتج ROCO2Li والبروبيلين. ROCO2Li حساس جدًا لوجود الماء بكميات ضئيلة. المنتجات الرئيسية هي Li2CO3 والبروبيلين في وجود الماء الضئيل، ولكن لا يتم إنتاج Li2CO3 في الظروف الجافة.
استعادة DEC:

أبلغ Ein-Eli Y أن الإلكتروليت المختلط مع كربونات الإيثيلين (DEC) وكربونات ثنائي ميثيل (DMC) يخضع لتفاعل تبادل في بطارية 2s 5600 lipo لتوليد كربونات الإيثيل ميثيل (EMC)، مما يؤثر إلى حد ما على فقدان السعة.
2. اختزال الإلكتروليت
يُعتبر تفاعل اختزال الإلكتروليت بشكل عام مشاركًا في تكوين طبقة سطحية على قطب الكربون، لذا فإن نوعه وتركيزه سيؤثران على أداء قطب الكربون. في بعض الحالات، يساهم اختزال الإلكتروليت في استقرار سطح الكربون، مما يمكن أن يشكل طبقة تمرّد مرغوبة.
(3) وجود الأكسجين في المذيب سيؤدي أيضًا إلى تكوين Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

نظرًا لأن فرق الجهد بين الليثيوم المعدني والكربون المشبع بالكامل صغير، فإن اختزال الإلكتروليت على الكربون مشابه للاختزال على الليثيوم.

السبب 3: التفريغ الذاتي لبطارية 2s 5600 lipo

يشير التفريغ الذاتي إلى الظاهرة التي تفقد فيها سعة بطارية 2s 5600 lipo بشكل طبيعي عندما لا تكون قيد الاستخدام. يؤدي التفريغ الذاتي لبطارية 2s 5600 lipo (المقال التالي عن التفريغ الذاتي لبطارية lipo يحتوي على مقدمة مفصلة: تفريغ ذاتي لبطارية lipo 3s - معلومات مفيدة!) إلى فقدان السعة في حالتين:
الأول هو فقدان السعة القابل للعكس؛
الثاني هو فقدان السعة غير القابل للعكس.
فقدان السعة القابل للعكس يعني أن السعة المفقودة يمكن استعادتها أثناء الشحن، بينما فقدان السعة غير القابل للعكس هو العكس. قد تتفاعل الأقطاب الموجبة والسالبة مع الإلكتروليت لبطارية micro-2s 5600 lipo في حالة الشحن، مما يؤدي إلى إدخال وإخراج أيونات الليثيوم. الأيونات الليثيوم المدخلة والمخرجة مرتبطة فقط بأيونات الليثيوم في الإلكتروليت، لذا فإن سعة الأقطاب الموجبة والسالبة غير متوازنة، وهذا الجزء من فقدان السعة لا يمكن استعادته أثناء الشحن. مثل:
سيكون لقطب أكسيد المنغنيز الليثيوم الموجب والمذيب تأثير micro-2s 5600 lipo battery، مما يؤدي إلى التفريغ الذاتي وفقدان السعة بشكل لا رجعة فيه:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
تُؤكسد جزيئات المذيب (مثل PC) كقطب سالب لبطارية micro 2s 5600 lipo على سطح المادة الموصلة الكربون الأسود أو الموصل الحالي:
xPC→xPC-radical+xe-
وبالمثل، قد يتفاعل المادة النشطة السالبة مع الإلكتروليت مما يسبب التفريغ الذاتي وفقدان السعة بشكل لا رجعة فيه، ويتم اختزال الإلكتروليت (مثل LiPF6) على المادة الموصلة:
PF5+xe-→PF5-x
يتم أكسدة كربيد الليثيوم في حالة الشحن بإزالة أيونات الليثيوم كقطب سالب لبطارية micro 2s 5600 lipo:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
العوامل التي تؤثر على التفريغ الذاتي: عملية تصنيع مادة القطب الموجب، عملية تصنيع بطارية 2s 5600 lipo، خصائص الإلكتروليت، درجة الحرارة، والوقت.
يتم التحكم في معدل التفريغ الذاتي بشكل رئيسي بواسطة معدل أكسدة المذيب، لذا فإن استقرار المذيب يؤثر على عمر التخزين لبطارية 2s 5600 lipo.
يحدث أكسدة المذيب بشكل رئيسي على سطح الكربون الأسود، وتقليل مساحة سطح الكربون الأسود يمكن أن يتحكم في معدل التفريغ الذاتي، ولكن بالنسبة لمواد القطب الموجب LiMn2O4، من المهم بنفس القدر تقليل مساحة سطح المواد النشطة، ولا يمكن تجاهل دور سطح الموصل الحالي في أكسدة المذيب.
يمكن أن يسبب تسرب التيار عبر فاصل بطارية 2s 5600 lipo أيضًا التفريغ الذاتي في بطارية Li-ion 2s 5600 lipo، لكن هذه العملية محدودة بمقاومة الفاصل، وتحدث بمعدل منخفض جدًا ومستقلة عن درجة الحرارة. وبالنظر إلى أن معدل التفريغ الذاتي لبطارية 2s 5600 lipo يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، فإن هذه العملية ليست الآلية الرئيسية في التفريغ الذاتي.
إذا كان القطب السالب في حالة شحن كاملة والقطب الموجب يتفريغ ذاتيًا، فإن توازن السعة في بطارية 2s 5600 lipo سيتعرض للخراب، مما يؤدي إلى فقدان دائم للسعة.

أثناء التفريغ الذاتي المطول أو المتكرر، قد يترسب الليثيوم على الكربون، مما يزيد من عدم توازن السعة بين الأقطاب.
قارن Pistoia وآخرون معدلات التفريغ الذاتي لثلاثة أقطاب معدنية أكسيد رئيسية في إلكتروليتات مختلفة ووجدوا أن معدلات التفريغ الذاتي تختلف باختلاف الإلكتروليتات. وأشير إلى أن منتجات الأكسدة الناتجة عن التفريغ الذاتي تسد المسام الدقيقة على مادة القطب، مما يصعب التداخل والاستخراج لليثيوم، ويزيد المقاومة الداخلية ويقلل من كفاءة التفريغ، مما يؤدي إلى فقدان السعة بشكل لا رجعة فيه.
لمزيد من المعلومات حول بطاريات الليثيوم، يرجى النقر أدناه:
أساسيات نمذجة بطارية 5600mah 2s lipo