Důvod kapacity 6s lithium baterie je vzorec k pochopení!

6s lithium battery je nejrychleji rostoucí sekundární baterií po nikl-kadmiových a nikl-vodíkových bateriích. Její vlastnosti s vysokou energií dávají její budoucnosti světlou perspektivu. Nicméně 6s lithium battery není dokonalá a jejím největším problémem je stabilita jejího nabíjecího a vybíjecího cyklu. Tento článek shrnuje a analyzuje možnou příčinu poklesu kapacity 6s lithium battery: přebití.

Rovnováha kapacity 6s lithium baterie

6s lithium baterie má různé interkalace energie, když interkalace reakce probíhá mezi oběma elektrodami, a aby byla dosažena nejlepší výkonnost baterie, měl by poměr kapacity obou hostitelských elektrod udržovat vyváženou hodnotu.
U 6s lithium baterie je rovnováha kapacity vyjádřena jako hmotnostní poměr kladné elektrody k záporné elektrodě, tedy: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Ve výše uvedeném vzorci označuje C teoretickou kapacitu v coulombech elektrody 6s lithium baterie a Δx a Δy označují stechiometrické číslo lithných iontů zabudovaných v záporné elektrodě a kladné elektrodě lithium elektrody. Z výše uvedeného vzorce vyplývá, že požadovaný hmotnostní poměr obou pólů závisí na odpovídající kapacitě v coulombech obou pólů a počtu jejich příslušných vratných lithných iontů.

Dopad nerovnováhy kapacity 6s lithium baterie

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 je výkon elektrod 6s lithium baterie nejlepší.
Pro ideální systém Li-iontové baterie se kapacitní rovnováha během jejího cyklu nemění a počáteční kapacita v každém cyklu má určitou hodnotu, ale skutečnost je mnohem složitější. Jakákoli vedlejší reakce, která může generovat nebo spotřebovávat lithium-ionty nebo elektrony, může způsobit změnu kapacitní rovnováhy 6s lithium baterie. Jakmile se stav kapacitní rovnováhy 6s lithium baterie změní, změna je nevratná a může se hromadit během více cyklů. To vážně ovlivňuje výkon 6s lithium baterie. V 6s lithium bateriích kromě redoxních reakcí, které probíhají při deinterkalaci lithium-iontů, probíhá také mnoho vedlejších reakcí, jako je rozklad elektrolytu, rozpouštění aktivního materiálu a usazování kovového lithia.

Důvod nerovnováhy kapacity 6s lithium baterie: přebití

1. Reakce přebití grafitové záporné elektrody:
Při přebití baterie jsou lithium-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 baterie;

④ Díky velmi reaktivní 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.

2. Reakce přebití kladné elektrody
Když je poměr aktivního materiálu kladné elektrody k aktivnímu materiálu záporné elektrody příliš nízký, je pravděpodobné, že dojde k přebití 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 uvolněný rozkladem materiálu kladné elektrody v uzavřené 6s lithiumové baterii hromadí kvůli absenci rekombinačních reakcí (například tvorba H2O) a hořlavý plyn vzniklý rozkladem elektrolytu, a následky mohou být nepředstavitelné.
(2) λ-MnO2
Lithium-manganová reakce probíhá, když je lithium-manganový oxid zcela delithovaný: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3. Elektrolyt se oxiduje při přebití
Když je tlak vyšší než 4,5 V, elektrolyt se oxiduje a vytváří nerozpustné látky (například Li2Co3) a plyn. 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 nejvíce odolný 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 baterie. Předpokládá se, že při každém nabíjení se spotřebuje malé množství elektrolytu, během montáže baterie je tedy 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 zvýší polarizaci baterie a sníží výstupní napětí baterie.

Výše uvedený text je celý obsah o kapacitní rovnováze 6s lithiumové baterie, který vám dnes přinášíme. 6s lithiumová baterie má různé interkalace energie, když probíhá interkalační reakce mezi dvěma elektrodami, a aby byla dosažena nejlepší výkonnost baterie, mají dvě hostitelské elektrody různé interkalační energie. Poměr kapacity by měl být udržován na vyvážené hodnotě; menší hmotnostní poměr vede k neúplnému využití materiálu záporné elektrody; větší hmotnostní poměr může způsobit bezpečnostní riziko kvůli přebití záporné elektrody. Při optimalizovaném hmotnostním poměru je výkon elektrody 6s lithiumové baterie nejlepší; hlavní příčinou kapacitní nerovnováhy 6s lithiumové baterie je přebití.
Doufám, že dnešní obsah je pro vás užitečný, další informace budou průběžně aktualizovány, uvidíme se v dalším vydání.