Podrobně vysvětlete důvody poklesu kapacity 2s 5600 lipo baterie

2s 5600 lipo battery je nejrychleji rostoucí sekundární baterie 2s 5600 lipo po nikl-kadmiové a nikl-vodíkové baterii 2s 5600 lipo. Její vlastnosti s vysokou energií dávají její budoucnosti světlou perspektivu. Nicméně baterie 2s 5600 lipo není dokonalá, jejím největším problémem je stabilita jejího nabíjecího a vybíjecího cyklu.
CNHL shrnuje a analyzuje možné příčiny poklesu kapacity baterie 2s 5600 lipo, včetně přebití, rozkladu elektrolytu a samovybíjení.
Baterie 2s 5600 lipo má různé interkalční energie, když mezi dvěma elektrodami probíhá interkalace, a aby byl dosažen nejlepší výkon baterie 2s 5600 lipo, měl by kapacitní poměr obou hostitelských elektrod udržovat vyváženou hodnotu.
V baterii 2s 5600 lipo je kapacitní rovnováha vyjádřena jako hmotnostní poměr kladné elektrody k záporné elektrodě,
To znamená: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Ve výše uvedeném vzorci C označuje teoretickou coulombickou kapacitu elektrody a Δx a Δy označují stechiometrické číslo lithium-iontů zabudovaných do záporné a kladné elektrody. Z výše uvedeného vzorce vyplývá, že požadovaný hmotnostní poměr obou pólů závisí na odpovídající coulombické kapacitě obou pólů a počtu jejich příslušných vratných lithium-iontů.
Obecně platí, že menší hmotnostní poměr vede k neúplnému využití materiálu záporné elektrody; větší hmotnostní poměr může způsobit bezpečnostní riziko kvůli přebití záporné elektrody. Stručně řečeno, při optimalizovaném hmotnostním poměru má baterie 2s 5600 lipo nejlepší výkon.
Pro ideální systém baterie Li-ion2s 5600 lipo se během jejího cyklu nemění kapacitní rovnováha a počáteční kapacita v každém cyklu má určitou hodnotu, ale skutečná situace je mnohem složitější. Jakákoli vedlejší reakce, která může generovat nebo spotřebovávat lithium-ionty nebo elektrony, může způsobit změnu kapacitní rovnováhy baterie 2s 5600 lipo. Jakmile se kapacitní rovnováha baterie 2s 5600 lipo změní, je tato změna nevratná a může se kumulativně projevit během několika cyklů, což má vážný dopad na výkon baterie 2s 5600 lipo. V baterii 2s 5600 lipo kromě redoxní reakce, která nastává při deinterkalaci lithium-iontů, probíhá také velké množství vedlejších reakcí, jako je rozklad elektrolytu, rozpouštění aktivního materiálu a ukládání kovového lithia.

Důvod 1: 2s 5600 lipo baterie je přebíjena

1. Reakce přebíjení grafitové záporné elektrody:
Při přebíjení 2s 5600 lipo baterie jsou lithné ionty snadno redukovány a usazují se na povrchu záporné elektrody:
Usazené lithium pokrývá povrch záporné elektrody a blokuje interkalaci lithia. To vede ke snížení účinnosti vybíjení a ztrátě kapacity z důvodu:
① Snížení množství recyklovatelného lithia;
② Usazené kovové lithium reaguje s rozpouštědlem nebo podpůrným elektrolytem za vzniku Li2CO3, LiF nebo jiných produktů;
③ Kovové lithium se obvykle tvoří mezi zápornou elektrodou a separátorem, což může ucpat póry separátoru a zvýšit vnitřní odpor 2s 5600 lipo baterie;
④ Díky velmi aktivní povaze lithia snadno reaguje s elektrolytem a spotřebovává elektrolyt, což vede ke snížení účinnosti vybíjení a ztrátě kapacity.
Při rychlém nabíjení je hustota proudu příliš vysoká, záporná elektroda je silně polarizována a usazování lithia bude výraznější. K tomu může dojít, když je aktivní materiál kladné elektrody nadměrný vůči aktivnímu materiálu záporné elektrody. Nicméně při vysoké rychlosti nabíjení může dojít k usazování kovového lithia i při normálním poměru aktivních materiálů kladné a záporné elektrody.
Pro přebíjení lithiumových baterií viz následující: Princip nabíjení a vybíjení Lipo baterie 4s, nezapomeňte ji dobře skladovat!
2. Reakce přebíjení kladné elektrody
Když je poměr aktivního materiálu kladné elektrody k aktivnímu materiálu záporné elektrody příliš nízký, je pravděpodobné přebíjení kladné elektrody.
Ztráta kapacity způsobená přebitím kladné elektrody je způsobena především vznikem elektrochemicky inertních látek (jako je [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 atd.), které narušují rovnováhu kapacity mezi elektrodami, a ztráta kapacity je nevratná.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Současně se kyslík vznikající rozkladem materiálu kladné elektrody v uzavřené 2s 5600 lipo baterii hromadí, protože nedochází k rekombinační reakci (například tvorbě H2O) a hořlavý plyn vznikající rozkladem elektrolytu, a následky mohou být nepředstavitelné.
(2) λ-MnO2
Reakce lithno-manganová nastává, když je lithno-manganový oxid zcela delithovaný: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolyt se oxiduje při přebíjení
Když je tlak vyšší než 4,5 V, elektrolyt se oxiduje a vytváří nerozpustné látky (například Li2Co3) a plyny. Tyto nerozpustné látky ucpávají mikropóry elektrody a brání migraci lithných iontů, což vede ke ztrátě kapacity během cyklování.
Faktory ovlivňující rychlost oxidace:
Povrchová plocha materiálu kladné elektrody
Materiál sběrače proudu
Přidané vodivé činidlo (uhlíkové černidlo atd.)
Typ a povrchová plocha uhlíkového černidla
Mezi běžně používanými elektrolyty je EC/DMC považován za nejodolnější vůči oxidaci. Elektrochemický oxidační proces roztoku je obecně vyjádřen jako: roztok→oxidační produkt (plyn, roztok a pevná látka)+ne-
Oxidace jakéhokoli rozpouštědla zvýší koncentraci elektrolytu, sníží stabilitu elektrolytu a nakonec ovlivní kapacitu 2s 5600 lipo baterie. Předpokládá se, že při každém nabití se spotřebuje malé množství elektrolytu, proto je při sestavování 2s 5600 lipo baterie potřeba více elektrolytu. Pro konstantní obal to znamená, že je naloženo menší množství aktivní látky, což vede ke snížení počáteční kapacity. Navíc pokud vznikne pevný produkt, na povrchu elektrody se vytvoří pasivační vrstva, která způsobí zvýšení polarizace 2s 5600 lipo baterie a snížení výstupního napětí 2s 5600 lipo baterie.

Důvod 2: rozklad elektrolytu 2s 5600 lipo baterie (redukce)

Rozkládám se na elektrodě
1. Elektrolyt se rozkládá na kladné elektrodě:
Elektrolyt se skládá z rozpouštědla a podpůrného elektrolytu. Po rozkladu kladné elektrody se obvykle tvoří nerozpustné produkty jako Li2Co3 a LiF, které snižují kapacitu 2s 5600 lipo baterie blokováním pórů elektrody. Redukční reakce elektrolytu ovlivňuje kapacitu a životnost cyklu 2s 5600 lipo baterie. Má nepříznivé účinky a plyn vzniklý redukcí zvyšuje vnitřní tlak 2s 5600 lipo baterie, což vede k bezpečnostním problémům.
Napětí rozkladu na kladné elektrodě je obvykle větší než 4,5 V (vůči Li/Li+), proto se na kladné elektrodě nerozkládají snadno. Naopak elektrolyt se snáze rozkládá na záporné elektrodě.
Následující článek o elektrolytu lithiové baterie obsahuje podrobný úvod, zájemci se mohou odkazovat na:
Elektrolyt lithiové baterie Cnhl 6s lipo, praktická funkce a klasická konstrukce systému
2. Elektrolyt se rozkládá na záporné elektrodě:
Elektrolyt není stabilní na grafitu a dalších anodách z uhlíku s vloženým lithiem a snadno reaguje za vzniku nevratné kapacity. Během počátečního nabíjení a vybíjení se rozklad elektrolytu vytvoří pasivační vrstvu na povrchu elektrody, která může oddělit elektrolyt od uhlíkové záporné elektrody a zabránit dalšímu rozkladu elektrolytu. Tím je zachována strukturální stabilita uhlíkové anody. Za ideálních podmínek je redukce elektrolytu omezena na fázi tvorby pasivační vrstvy a tento proces nenastává, když je cyklus stabilní.
Tvorba pasivačního filmu
Redukce elektrolytových solí se podílí na tvorbě pasivačního filmu, což je pro stabilizaci pasivačního filmu prospěšné, ale
(1) Nerozpustné látky vzniklé redukcí budou mít nepříznivý vliv na produkt redukce rozpouštědla;
(2) Koncentrace elektrolytu klesá, když se snižuje množství elektrolytové soli, což nakonec vede ke ztrátě kapacity 2s 5600 lipo baterie (LiPF6 se redukuje na LiF, LixPF5-x, PF3O a PF3);
(3) Tvorba pasivačního filmu spotřebovává lithium-ionty, což způsobí kapacitní nerovnováhu mezi dvěma elektrodami a sníží specifickou kapacitu celé 2s 5600 lipo baterie.
(4) Pokud jsou na pasivačním filmu praskliny, molekuly rozpouštědla mohou pronikat a ztlušťovat pasivační film, což nejen spotřebovává více lithia, ale také může ucpat mikropóry na povrchu uhlíku, což znemožňuje vkládání a vyjímání lithia, což vede k nevratné ztrátě kapacity. Přidání některých anorganických přísad do elektrolytu, jako jsou CO2, N2O, CO, SO2 atd., může urychlit tvorbu pasivačního filmu a zabránit společnému vkládání a rozkladu rozpouštědla. Přidání organických přísad typu crown ether má stejný efekt. 12 crown a 4 ether jsou nejlepší.
Faktory ztráty kapacity filmu:
(1) Typ uhlíku použitý v procesu;
(2) Složení elektrolytu;
(3) Přísady v elektrodách nebo elektrolytech.
Blyr věří, že iontová výměnná reakce postupuje od povrchu částice aktivního materiálu k jejímu jádru, nově vzniklá fáze zakrývá původní aktivní materiál a na povrchu částice se tvoří pasivní film s nízkou iontovou a elektronovou vodivostí, takže spinel po skladování vykazuje větší polarizaci než před skladováním.
Zhang zjistil, že odpor povrchové pasivační vrstvy se zvyšoval a kapacita rozhraní klesala s rostoucím počtem cyklů. To odráží, že tloušťka pasivační vrstvy roste s počtem cyklů. Rozpouštění manganu a rozklad elektrolytu vedou k tvorbě pasivačních filmů a vysokoteplotní podmínky jsou pro průběh těchto reakcí příznivější. To zvýší kontaktní odpor mezi částicemi aktivního materiálu a odpor migrace Li+, čímž se zvýší polarizace 2s 5600 lipo baterie, nedokonale nabíjení a vybíjení a snížená kapacita.

II Mechanismus redukce elektrolytu
Elektrolyt často obsahuje kyslík, vodu, oxid uhličitý a další nečistoty, a během nabíjení a vybíjení 2s 5600 lipo baterie probíhají redoxní reakce.
Mechanismus redukce elektrolytu zahrnuje tři aspekty: redukci rozpouštědla, redukci elektrolytu a redukci nečistot:
1. Redukce rozpouštědla
Redukce PC a EC zahrnuje jednoelektronový a dvouelektronový reakční proces, přičemž dvouelektronová reakce vytváří Li2CO3:
Fong a kol. se domnívali, že během prvního vybíjecího procesu, když byl potenciál elektrody blízko 0,8 V (vůči Li/Li+), probíhala elektrochemická reakce PC/EC na grafitu za vzniku CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) a LiCO3(s), což vedlo k ireverzibilní ztrátě kapacity na grafitových elektrodách.
Aurbach a kol. provedli rozsáhlý výzkum mechanismu redukce a produktů různých elektrolytů na lithných kovových elektrodách a uhlíkových elektrodách a zjistili, že jednoelektronový reakční mechanismus PC produkuje ROCO2Li a propylén. ROCO2Li je velmi citlivý na stopovou vodu. Hlavními produkty jsou Li2CO3 a propylén v přítomnosti stopové vody, ale za suchých podmínek se Li2CO3 nevytváří.
Obnova DEC:

Ein-Eli Y uvedl, že elektrolyt smíchaný s diethylkarbonátem (DEC) a dimethylkarbonátem (DMC) podléhá výměnné reakci v 2s 5600 lipo battery za vzniku ethylmethylkarbonátu (EMC), což má určitý dopad na ztrátu kapacity.
2. Redukce elektrolytu
Redukční reakce elektrolytu se obecně považuje za zapojenou do tvorby povrchové vrstvy uhlíkové elektrody, takže její typ a koncentrace ovlivní výkon uhlíkové elektrody. V některých případech přispívá redukce elektrolytu ke stabilizaci povrchu uhlíku, což může vytvořit požadovanou pasivační vrstvu.
(3) Přítomnost kyslíku v rozpouštědle také vytvoří Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Protože potenciálový rozdíl mezi kovovým lithiem a plně interkalovaným uhlíkem je malý, redukce elektrolytu na uhlíku je podobná redukci na lithiu.

Důvod 3: samovybíjení 2s 5600 lipo battery

Samovybíjení označuje jev, kdy kapacita 2s 5600 lipo battery přirozeně klesá, když není používána. Samovybíjení 2s 5600 lipo battery (následující článek o samovybíjení lipo baterie obsahuje podrobný úvod: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) vede ke ztrátě kapacity ve dvou případech:
Jedna je reverzibilní ztráta kapacity;
Druhou je ztráta ireverzibilní kapacity.
Reverzibilní ztráta kapacity znamená, že ztracená kapacita může být během nabíjení obnovena, zatímco ireverzibilní ztráta kapacity je opakem. Pozitivní a negativní elektrody mohou interagovat s elektrolytem pro micro-2s 5600 lipo battery v nabitém stavu, což vede k interkalaci a deinterkalaci lithných iontů. Interkalované a deinterkalované lithné ionty souvisejí pouze s lithnými ionty elektrolytu, takže kapacita pozitivních a negativních elektrod je nevyvážená a tato část ztráty kapacity nemůže být během nabíjení obnovena. například:
Kladná elektroda z lithno-manganového oxidu a rozpouštědlo budou mít efekt mikro-2s 5600 lipo baterie, což způsobí samovybíjení a nevratnou ztrátu kapacity:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Molekuly rozpouštědla (například PC) jsou oxidovány jako záporná elektroda mikro 2s 5600 lipo baterie na povrchu vodivého materiálu uhlíkového černidla nebo sběrače proudu:
xPC→xPC-radikál+xe-
Podobně může záporný aktivní materiál reagovat s elektrolytem a způsobit samovybíjení a nevratnou ztrátu kapacity, elektrolyt (například LiPF6) je redukován na vodivém materiálu:
PF5+xe-→PF5-x
Lithium karbid v nabitém stavu je oxidován odstraněním lithných iontů jako záporná elektroda mikro 2s 5600 lipo baterie:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Faktory ovlivňující samovybíjení: výrobní proces materiálu kladné elektrody, výrobní proces 2s 5600 lipo baterie, vlastnosti elektrolytu, teplota a čas.
Rychlost samovybíjení je hlavně řízena rychlostí oxidace rozpouštědla, takže stabilita rozpouštědla ovlivňuje skladovací životnost 2s 5600 lipo baterie.
Oxidace rozpouštědla probíhá hlavně na povrchu uhlíkového černidla a snížení povrchové plochy uhlíkového černidla může kontrolovat rychlost samovybíjení, ale u katodových materiálů LiMn2O4 je stejně důležité snížit povrchovou plochu aktivních materiálů a nelze opomenout roli povrchu sběrače proudu při oxidaci rozpouštědla.
Únik proudu přes separátor 2s 5600 lipo baterie může také způsobit samovybíjení v Li-ion 2s 5600 lipo baterii, ale tento proces je omezen odporem separátoru, probíhá velmi pomalu a je nezávislý na teplotě. Vzhledem k tomu, že rychlost samovybíjení 2s 5600 lipo baterie je silně závislá na teplotě, není tento proces hlavním mechanismem samovybíjení.
Pokud je záporná elektroda plně nabitá a kladná elektroda se samovolně vybíjí, dojde k narušení rovnováhy kapacity v 2s 5600 lipo baterii, což způsobí trvalou ztrátu kapacity.

Při dlouhodobém nebo častém samovybíjení se lithium může ukládat na uhlíku, čímž se zvyšuje nerovnováha kapacity mezi elektrodami.
Pistoia et al. porovnali rychlosti samovybíjení tří hlavních katod z kovových oxidů v různých elektrolytech a zjistili, že rychlosti samovybíjení se liší podle elektrolytu. Upozorňují, že oxidované produkty samovybíjení blokují mikropóry na elektrodovém materiálu, což ztěžuje interkalaci a extrakci lithia, zvyšuje vnitřní odpor a snižuje účinnost vybíjení, což vede k nevratné ztrátě kapacity.
Pro více informací o lithiumových bateriích klikněte níže:
Základy modelování 5600mah 2s lipo baterie