ما هو تأثير نسبة N/P على بطارية الليبو 1s؟

1. ما هو تأثير نسبة N/P على بطارية 1s ليثيوم بوليمر

عادةً ما نعتقد أن نسبة N/P كبيرة جدًا، أي أن القطب السالب كبير جدًا، مما سيسبب شحن وتفريغ سطحي للقطب السالب في بطارية 1s ليثيوم بوليمر، وشحن وتفريغ عميق للقطب الموجب (والعكس صحيح، بالطبع، هذا مجرد بيان عام جدًا). القطب السالب المشحون بالكامل ليس من السهل أن يترسب فيه الليثيوم (بعض المواد، مثل الكربون اللين والصلب، ومواد LTO لن تترسب فيها الليثيوم)، وهذا أكثر أمانًا، لكن زيادة حالة الأكسدة في القطب الموجب لبطارية 1s ليثيوم بوليمر تزيد من مخاطر السلامة.

نظرًا لأن التأثير الأولي للقطب السالب في بطارية 1s ليثيوم بوليمر يبقى كما هو، يجب أن تتفاعل المزيد من الأجزاء. في الوقت نفسه، بسبب تأثير الحركية، ستكون سعة الجرام للقطب الموجب منخفضة، ولكن عندما تكون نسبة N/P غير كافية إلى حد معين، فإن القطب الموجب لا يمكن استغلاله بالكامل، مما سيؤثر أيضًا على أداء سعة الجرام. خلاصة القول، من المهم جدًا إيجاد نسبة N/P مناسبة.

يجب أن يكون نسبة N/P لبطارية 1s ليثيوم بوليمر ذات القطب السالب من الجرافيت أكبر من 1.0، عادة بين 1.04~1.20. هذا في الأساس من أجل تصميم السلامة، لمنع ترسيب الليثيوم في القطب السالب، ويجب أيضًا مراعاة قدرة العملية، مثل انحراف الطلاء، في التصميم. ومع ذلك، عندما تكون نسبة N/P كبيرة جدًا، فإن فقدان السعة غير القابل للعكس لبطارية 1s ليثيوم بوليمر سيؤدي إلى انخفاض سعة البطارية، كما أن كثافة الطاقة لبطارية 1s ليثيوم بوليمر ستنخفض أيضًا.
تحتوي هذه المقالة حول تدهور سعة بطارية lipo على مقدمة مفصلة:
اشرح بالتفصيل أسباب تدهور سعة بطارية 2s 5600 ليثيوم بوليمر

بالنسبة للإلكترود السالب من التيتانات الليثيوم، يتم اعتماد تصميم فائض للقطب الموجب، وتحدد سعة بطارية 1s lipo بسعة الإلكترود السالب من التيتانات الليثيوم. التصميم المفرط للقطب الموجب مفيد لتحسين أداء البطارية عند درجات الحرارة العالية: الغاز الناتج عند درجات الحرارة العالية يأتي أساسًا من الإلكترود السالب. عندما يكون القطب الموجب مصممًا بشكل مفرط، يكون جهد الإلكترود السالب أقل، ويكون من الأسهل تكوين طبقة SEI على سطح التيتانات الليثيوم.

2. تأثير نسبة N/P على القطب الموجب لبطارية 1s lipo

إذا كانت نسبة N/P مرتفعة جدًا، فإن حالة أكسدة مادة القطب الموجب في بطارية 1s lipo ستزداد. بالإضافة إلى مشاكل السلامة، ما هي المخاطر الخفية؟ هنا يُستخدم فقط مثال المواد الثلاثية/الجرافيت.
للبطارية ذات نسبة N/P الزائدة، قم بإجراء تجربة صندوق ساخن (130°C/150°C) أو تخزين بدرجة حرارة عالية في حالة شحن كاملة، ثم فك البطارية، وعادةً ما يُلاحظ انفصال مسحوق القطب الموجب لبطارية 1s lipo عن الرقاقة، واصفرار الحجاب الحاجز.
حدد أولاً مفهومين:
المفهوم 1: أولاً، من الضروري توضيح المواقع المختلفة لقطعة القطب، حتى لو لم يكن تفاعل المواقع المختلفة للجسيمات موحدًا، وهذا يتعلق بمشكلة فرق الجهد في اتجاه سمك قطعة القطب.
المفهوم 2: تمتلك Ni3+/4+ و Co3+/4+ نطاقات طاقة متداخلة مع O، وسيتم استخراج O من الشبكة على شكل جذور حرة، وهو مؤكسد للغاية.

يحدث اصفرار الحجاب الحاجز بسبب الأكسدة، والآلية واضحة جدًا. تم الإبلاغ في الأدبيات أن إضافة مواد حماية قابلة للأكسدة بسهولة مثل PS إلى إلكتروليت بطارية 1s lipo يمكن أن تخفف من أكسدة الحجاب الحاجز.
تم الإبلاغ في الأدبيات أنه في مادة MCMB للإلكترود السالب في بطارية 1s lipo، نظرًا لأن جهد الواجهة بين مسحوق الإلكترود السالب وجامع التيار هو الأكثر سلبية، يحدث ترسيب ملح الليثيوم أولاً في موضع التلامس بين مسحوق الإلكترود السالب وجامع التيار، ويمكن ملاحظة المقطع العرضي لمادة MCMB بوضوح. يوجد ترسيب ملح الليثيوم عند واجهة التلامس بين مادة الأنود وجامع التيار، لكنه غير ملحوظ للمواد القائمة على الجرافيت.

ومع ذلك، هناك دراسات قليلة حول فيلم SEI للقطب الموجب في بطارية 1s lipo. نظرًا لأن موضع التلامس بين مسحوق القطب الموجب وجامع التيار يكون عند جهد عالٍ ويخضع لأكسدة عالية، يُفترض أن طبقة من ترسيب أملاح الليثيوم على القطب الموجب ستتشكل (تسرع درجات الحرارة العالية هذه العملية). تتقدم التفاعلات، مما يعيق التلامس بين مسحوق القطب الموجب وجامع التيار في بطارية 1s lipo، مما يؤدي إلى تقشر بين مسحوق القطب الموجب وجامع التيار. لم تُجرَ تجارب توصيف محددة، وهذا أيضًا نقطة خلاف في هذه الورقة. يزيد تقشر القطب الموجب لبطارية 1s lipo من المقاومة الداخلية ويؤدي مباشرة إلى فشل الدورة تحت ظروف الاستخدام بدرجة حرارة عالية.

3. تأثير نسبة N/P على القطب السالب لبطارية 1s lipo

الليثيوم الزائد المُطلق سيوفر مصدرًا لليثيوم لترسيب أملاح الليثيوم على سطح القطب السالب، ويؤدي الترسيب المستمر لأملاح الليثيوم إلى فشل الدورة. لذلك، فإن نسبة N/P المنخفضة جدًا ستزيد من هذا الخطر.
لكن هنا نناقش ما قد يحدث في بُعد آخر، ماذا يحدث إذا كانت نسبة N/P مرتفعة جدًا؟

يُستخدم هنا نفس القطب الموجب لبطارية 1s lipo، وتختلف نسبة N/P عن طريق تعديل كمية القطب السالب. تكون بطارية 1s lipo في نهاية التفريغ، ويكون جهد القطبين الموجب والسالب ذو نسبة N/P المنخفضة منخفضًا، حيث يكون القطب الموجب عميقًا والقطب السالب سطحيًا. تكون بطارية 1s lipo في نهاية الشحن، ويكون جهد القطبين الموجب والسالب ذو نسبة N/P المنخفضة أيضًا منخفضًا، حيث يتم شحن القطب السالب بعمق والقطب الموجب بشحن سطحي.

يجب عليك قراءة هذا المقال حول شحن وتفريغ بطارية Lipo. يقدم المقال شرحًا مفصلًا لمبدأ شحن وتفريغ بطارية Lipo:
مبدأ شحن وتفريغ بطارية الليبو 4s، تأكد من تخزينها جيدًا!
يجب ملاحظة ما يلي:
1. يمثل منحنى الجهد عمليتي الشحن والتفريغ لبطارية 1s lipo، والتي يمكن اعتبارها جهد حالة التوازن.
2. يتم تجاهل تدهور السعة الناجم عن التأثير الأول للقطب الموجب لبطارية 1s lipo هنا. حتى بعد فقدان التأثير الأول، تتوافق الأقطاب السالبة ذات نسب N/P المختلفة مع نفس منحنى القطب الموجب. يُعتقد أن فقدان التأثير الأول للقطب الموجب لبطارية 1s lipo يحدث فقط في بداية الشحن، ويتم تجاهل تكوين الفيلم الناتج عن الأكسدة في نهاية الشحن هنا. الوضع الفعلي هو أنه فقط مع تقدم الدورة، سيؤثر تكوين فيلم الأكسدة على السعة.

3. يُعتبر أن نسبة التأثير الأول للقطب السالب مستقلة عن نسبة N/P. إنها ثابتة. هناك العديد من الأقطاب السالبة، وتفقد بطارية 1s ليثيوم بوليمر الكثير من السعة من خلال التأثير الأول. المرحلة التي يحدث فيها التفاعل هي أيضًا في بداية الشحن.
4. الجهود الموجبة والسالبة حرة، والقيود الوحيدة هي جهد الخلية الكاملة. جهود الخليتين الكاملتين عند نهاية التفريغ ونهاية الشحن متساوية على التوالي.
نظرًا لأن نسبة القطب السالب المتفاعل في التأثير الأول لبطارية 1s ليثيوم بوليمر هي نفسها، وكمية الأقطاب السالبة الكلية مختلفة، فإن منحنى الشحن والتفريغ للقطب السالب مع وجود أقطاب سالبة أكثر والقطب السالب مع وجود أقطاب سالبة أقل ينتج فرق طور يتوافق مع نفس منحنى الشحن والتفريغ للقطب الموجب.

نظرًا لأن جهد القطب الموجب ينخفض تدريجيًا مع زيادة تداخل الليثيوم (عملية التفريغ)، في عملية إزالة الليثيوم من القطب السالب/ارتفاع جهد القطب السالب لبطارية 1s ليثيوم بوليمر، فإن موضع استخدام منحنى تفريغ القطب الموجب المقابل لنهاية منحنى تفريغ القطب السالب مع وجود قطب سالب أكثر وقطب سالب أقل هو: مختلف، الجهد الموجب لبطارية 1s ليثيوم بوليمر المقابل لنهاية التفريغ السالب مع قطب سالب أقل هو أقل.

لتحقيق نفس جهد البطارية الكامل، يرتفع جهد القطب السالب ذو القطب السالب الأقل ارتفاعًا أقل، مما يتجنب أيضًا درجة إزالة الليثيوم المفرطة من القطب السالب. إزالة الليثيوم المفرطة من القطب السالب ستتلف وتعيد تشكيل غشاء SEI لبطارية 1s ليثيوم بوليمر، مما يؤدي إلى فشل الدورة. يمكن تطبيق طريقة التحليل هذه أيضًا على طرف الشحن، ويستنتج أنه عندما يكون القطب الموجب لبطارية 1s ليثيوم بوليمر مفرطًا، يكون القطب الموجب في شحن سطحي والقطب السالب في شحن عميق.

ملخص

بالنسبة لبطارية 1s ليثيوم بوليمر ذات نسبة N/P صغيرة، أي بطارية 1s ليثيوم بوليمر بها فائض من الأقطاب السالبة، يمكن للقطب الموجب أن يصل إلى حالة الشحن السطحي والتفريغ العميق في الدورة، وحالة القطب السالب هي الشحن العميق والتفريغ السطحي. والعكس صحيح.
حسنًا، ما سبق هو المحتوى الكامل لليوم. آمل من خلال هذا المقال أن يتمكن الجميع من فهم نسبة N/P لبطارية 1s ليثيوم بوليمر، وتأثير نسبة N/P لبطارية الليبو على البطارية. يمكن قراءة المزيد من معلومات بطارية الليبو أدناه:
اشرح بالتفصيل أسباب تدهور سعة بطارية 2s 5600 ليثيوم بوليمر