Forklar i detaljer årsagerne til kapacitetsnedgangen på 2s 5600 lipo-batteri

2s 5600 lipo battery er den hurtigst voksende sekundære 2s 5600 lipo battery efter nikkel-cadmium og nikkel-hydrogen 2s 5600 lipo battery. Dens høje energiegenskaber gør dens fremtid lys. Dog er 2s 5600 lipo battery ikke perfekt, dens største problem er stabiliteten af dens lade-udlade cyklus.
CNHL opsummerer og analyserer de mulige årsager til kapacitetsfaldet af 2s 5600 lipo battery, herunder overopladning, elektrolyt nedbrydning og selvafladning.
2s 5600 lipo battery har forskellige interkalationsenergier, når interkalationsreaktionen sker mellem de to elektroder, og for at opnå den bedste ydeevne af 2s 5600 lipo battery bør kapacitetsforholdet mellem de to hostelektroder opretholde en balanceret værdi.
I 2s 5600 lipo battery udtrykkes kapacitetsbalancen som masseratioen af den positive elektrode til den negative elektrode,
Det vil sige: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
I ovenstående formel refererer C til den teoretiske coulombiske kapacitet af elektroden, og Δx og Δy refererer til det støkiometriske antal lithiumioner indlejret i henholdsvis den negative og den positive elektrode. Det kan ses ud fra ovenstående formel, at det krævede masseratio af de to poler afhænger af den tilsvarende Coulomb kapacitet af de to poler og antallet af deres respektive reversible lithiumioner.
Generelt fører et mindre masseratio til ufuldstændig udnyttelse af det negative elektrode materiale; et større masseratio kan forårsage en sikkerhedsrisiko på grund af overopladning af den negative elektrode. Kort sagt, ved det optimerede masseratio har 2s 5600 lipo battery den bedste ydeevne.
For et ideelt Li-ion2s 5600 lipo battery system ændres kapacitetsbalancen ikke under dets cyklus, og den oprindelige kapacitet i hver cyklus er en bestemt værdi, men den faktiske situation er meget mere kompliceret. Enhver side reaktion, der kan generere eller forbruge lithiumioner eller elektroner, kan forårsage en ændring i kapacitetsbalancen af 2s 5600 lipo battery. Når kapacitetsbalancen af 2s 5600 lipo battery ændres, er ændringen irreversibel og kan ske gennem flere cyklusser kumulativt, hvilket har en alvorlig indvirkning på ydeevnen af 2s 5600 lipo battery. I 2s 5600 lipo battery, ud over redoxreaktionen, der opstår, når lithiumioner deinterkaleres, er der også et stort antal side reaktioner, såsom elektrolyt nedbrydning, aktiv materialeløsning og metalisk lithiumaflejring.

Årsag 1: 2s 5600 lipo battery er overopladet

1. Overopladningsreaktion for grafit negativ elektrode:
Når 2s 5600 lipo batteriet overoplades, reduceres lithiumioner let og aflejres på den negative elektrodeoverflade:
Det aflejrede lithium beklæder den negative elektrodeoverflade og blokerer lithiuminterkalationen. Dette resulterer i reduceret afladningseffektivitet og kapacitetstab på grund af:
① Reducer mængden af genanvendeligt lithium;
② Det aflejrede metalliske lithium reagerer med opløsningsmidlet eller den understøttende elektrolyt og danner Li2CO3, LiF eller andre produkter;
③ Metallisk lithium dannes normalt mellem den negative elektrode og separatoren, hvilket kan blokere separatorens porer og øge den interne modstand i 2s 5600 lipo batteriet;
④ På grund af lithiums meget reaktive natur reagerer det let med elektrolytten og forbruger elektrolytten, hvilket resulterer i reduceret afladningseffektivitet og kapacitetstab.
Hurtig opladning, strømstyrken er for stor, den negative elektrode polariseres kraftigt, og aflejring af lithium vil være mere tydelig. Dette sker sandsynligvis, når det aktive materiale i den positive elektrode er for stort i forhold til det aktive materiale i den negative elektrode. Dog kan aflejring af metallisk lithium forekomme ved høj opladningshastighed, selvom forholdet mellem positivt og negativt aktivt materiale er normalt.
For overopladning af lithiumbatterier, se venligst følgende: Lipo batteri 4s opladnings- og afladningsprincip, sørg for at opbevare det godt!
2. Overopladningsreaktion for positiv elektrode
Når forholdet mellem aktivt materiale i den positive elektrode og aktivt materiale i den negative elektrode er for lavt, er overopladning af den positive elektrode sandsynlig.
Kapacitetstabet forårsaget af overopladning af den positive elektrode skyldes hovedsageligt dannelsen af elektro-kemisk inerte stoffer (såsom Co3O4, Mn2O3 osv.), som ødelægger kapacitetsbalancen mellem elektroderne, og kapacitetstabet er irreversibelt.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Samtidig ophobes den ilt, der genereres ved nedbrydning af det positive elektrode materiale i det forseglede 2s 5600 lipo batteri, fordi der ikke sker nogen rekombinationsreaktion (såsom dannelse af H2O) og den brandfarlige gas, der dannes ved nedbrydning af elektrolytten, og konsekvenserne vil være uforudsigelige.
(2) λ-MnO2
Lithium-mangan reaktionen sker, når lithium-mangan oxidet er fuldstændigt delithieret: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolytten oxideres ved overopladning
Når trykket er højere end 4,5V, vil elektrolytten blive oxideret og danne uopløselige stoffer (såsom Li2Co3) og gasser. Disse uopløselige stoffer vil blokere mikroporerne i elektroden og hindre migrationen af lithiumioner, hvilket resulterer i kapacitetstab under cykling.
Faktorer, der påvirker oxidationshastigheden:
Overfladearealet af det positive elektrode materiale
Materiale til strømindsamler
Tilsat ledende middel (kulstofsort osv.)
Typen og overfladearealet af kulstofsort
Blandt de mere almindeligt anvendte elektrolytter anses EC/DMC for at have den højeste oxidationsbestandighed. Den elektrokemiske oxidationsproces af opløsningen udtrykkes generelt som: opløsning→oxidationsprodukt (gas, opløsning og fast stof)+ne-
Oxidationen af ethvert opløsningsmiddel vil øge elektrolyt koncentrationen, mindske elektrolyt stabiliteten og i sidste ende påvirke kapaciteten af 2s 5600 lipo batteriet. Forudsat at en lille mængde elektrolyt forbruges ved hver opladning, kræves der mere elektrolyt, når 2s 5600 lipo batteriet samles. For en konstant beholder betyder dette, at en mindre mængde aktivt stof indlæses, hvilket resulterer i et fald i den indledende kapacitet. Derudover, hvis der dannes et fast produkt, vil der dannes en passiveringsfilm på overfladen af elektroden, hvilket vil få polariseringen af 2s 5600 lipo batteriet til at stige og reducere udgangsspændingen af 2s 5600 lipo batteriet.

Årsag 2: 2s 5600 lipo batteri elektrolyt nedbrydning (reduktion)

Jeg nedbryder på elektroden
1. Elektrolytten nedbrydes på den positive elektrode:
Elektrolytten består af et opløsningsmiddel og en understøttende elektrolyt. Efter nedbrydningen af den positive elektrode dannes der normalt uopløselige produkter som Li2Co3 og LiF, som reducerer kapaciteten af 2s 5600 lipo batteriet ved at blokere elektrodernes porer. Reduktionsreaktionen af elektrolytten vil påvirke kapaciteten og cykluslevetiden for 2s 5600 lipo batteriet. Det har negative virkninger, og den gas, der dannes ved reduktionen, vil øge det indre tryk i 2s 5600 lipo batteriet, hvilket resulterer i sikkerhedsproblemer.
Den positive elektrode nedbrydningsspænding er normalt større end 4,5V (vs. Li/Li+), så de nedbrydes ikke let på den positive elektrode. Omvendt nedbrydes elektrolytten lettere på den negative elektrode.
Følgende artikel om lithiumbatteri elektrolyt har en detaljeret introduktion, og interesserede partnere kan henvise til:
Cnhl 6s lipo batteri elektrolyt, praktisk funktion og klassisk systemopbygning
2. Elektrolytten nedbrydes på den negative elektrode:
Elektrolytten er ikke stabil på grafit og andre lithium-indførte kulstofanoder, og den reagerer let og danner irreversibel kapacitet. Under den indledende opladning og afladning vil nedbrydningen af elektrolytten danne en passiveringsfilm på overfladen af elektroden, og passiveringsfilmen kan adskille elektrolytten fra den kulstofbaserede negative elektrode for at forhindre yderligere nedbrydning af elektrolytten. Dermed opretholdes den strukturelle stabilitet af kulstofanoden. Under ideelle forhold er reduktionen af elektrolytten begrænset til passiveringsfilmdannelsesfasen, og denne proces forekommer ikke, når cyklussen er stabil.
Dannelse af passiveringsfilm
Reduktionen af elektrolytsalte deltager i dannelsen af passiveringsfilmen, hvilket er gavnligt for stabiliseringen af passiveringsfilmen, men
(1) Det uopløselige stof, der dannes ved reduktion, vil have en negativ effekt på solventreduktionsproduktet;
(2) Koncentrationen af elektrolytten falder, når elektrolytsaltet reduceres, hvilket til sidst fører til kapacitetstab i 2s 5600 lipo batteriet (LiPF6 reduceres til at danne LiF, LixPF5-x, PF3O og PF3);
(3) Dannelsen af passiveringsfilmen forbruger lithiumioner, hvilket vil forårsage kapacitetsubalancen mellem de to elektroder og reducere den specifikke kapacitet af hele 2s 5600 lipo batteriet.
(4) Hvis der er revner i passiveringsfilmen, kan solventmolekyler trænge ind og fortykkes passiveringsfilmen, hvilket ikke kun forbruger mere lithium, men også kan blokere mikroporerne på kulstofoverfladen, hvilket resulterer i, at lithium ikke kan indsættes og udtrækkes, hvilket fører til irreversibelt kapacitetstab. Tilsætning af nogle uorganiske tilsætningsstoffer til elektrolytten, såsom CO2, N2O, CO, SO2 osv., kan fremskynde dannelsen af passiveringsfilmen og hæmme co-indtrængning og nedbrydning af solventen. Tilsætning af kroneether-organiske tilsætningsstoffer har også samme effekt. 12-kroner og 4-ethere er de bedste.
Faktorer for tab af filmkapacitet:
(1) Den type kulstof, der anvendes i processen;
(2) Elektrolytsammensætning;
(3) Tilsætningsstoffer i elektroder eller elektrolytter.
Blyr mener, at ionbytningsreaktionen skrider frem fra overfladen af den aktive materialepartikel til dens kerne, den nye fase, der dannes, begraver det oprindelige aktive materiale, og en passiv film med lav ionisk og elektronisk ledningsevne dannes på partiklens overflade, så spinellen efter opbevaring har større polarisering end før opbevaring.
Zhang fandt, at modstanden i overfladepassiveringslaget steg, og den interfaciale kapacitans faldt med antallet af cyklusser. Det afspejler, at tykkelsen af passiveringslaget øges med antallet af cyklusser. Opløsningen af mangan og nedbrydningen af elektrolytten fører til dannelsen af passiveringsfilm, og høje temperaturforhold fremmer disse reaktioners forløb. Dette vil øge kontaktmodstanden mellem de aktive materialepartikler og Li+ migrationsmodstanden, hvilket øger polariseringen af 2s 5600 lipo batteriet, ufuldstændig opladning og afladning samt reduceret kapacitet.

II Reduktionsmekanisme for elektrolyt
Elektrolytten indeholder ofte ilt, vand, kuldioxid og andre urenheder, og redoxreaktioner forekommer under opladnings- og afladningsprocessen af 2s 5600 lipo batteriet.
Reduktionsmekanismen for elektrolytten omfatter tre aspekter: solventreduktion, elektrolytreduktion og urenhedsreduktion:
1. Opløsningsmiddelreduktion
Reduktionen af PC og EC inkluderer en-elektron reaktion og to-elektron reaktionsproces, og to-elektron reaktionen danner Li2CO3:
Fong et al. mente, at under den første afladningsproces, når elektrodepotentialet var tæt på 0,8V (vs. Li/Li+), fandt den elektrokemiske reaktion af PC/EC sted på grafit for at danne CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) og LiCO3(s), hvilket førte til irreversibelt kapacitetstab på grafitelektroder.
Aurbach et al. udførte omfattende forskning om reduktionsmekanismen og produkterne af forskellige elektrolytter på lithium metal elektroder og kulstofbaserede elektroder, og fandt, at en-elektron reaktionsmekanismen for PC producerer ROCO2Li og propylene. ROCO2Li er meget følsom over for spor af vand. Hovedprodukterne er Li2CO3 og propylene i nærvær af spor af vand, men der dannes ikke Li2CO3 under tørre forhold.
Gendannelse af DEC:

Ein-Eli Y rapporterede, at elektrolytten blandet med diethylcarbonat (DEC) og dimethylcarbonat (DMC) vil gennemgå en udvekslingsreaktion i et 2s 5600 lipo batteri for at danne ethyl methyl carbonat (EMC), hvilket har en vis indvirkning på kapacitetstabet.
2. Elektrolytreduktion
Reduktionsreaktionen af elektrolytten anses generelt for at være involveret i dannelsen af kulstofelektrodens overfladefilm, så dens type og koncentration vil påvirke kulstofelektrodens ydeevne. I nogle tilfælde bidrager reduktionen af elektrolytten til stabiliseringen af kulstofoverfladen, hvilket kan danne det ønskede passiveringslag ydeevne.
(3) Tilstedeværelsen af oxygen i opløsningsmidlet vil også danne Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Fordi potentialeforskellen mellem metallisk lithium og fuldt interkaleret kulstof er lille, er reduktionen af elektrolytten på kulstof lig den reduktion på lithium.

Årsag 3: 2s 5600 lipo batteri selvafladning

Selvafladning refererer til fænomenet, at kapaciteten af 2s 5600 lipo batteriet naturligt går tabt, når det ikke er i brug. 2s 5600 lipo batteri selvafladning (den følgende artikel om lipo batteri selvafladning har en detaljeret introduktion: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) fører til kapacitetstab i to tilfælde:
Den ene er det reversible kapacitetstab;
Den anden er tabet af irreversibel kapacitet.
Reversibelt kapacitetstab betyder, at den tabte kapacitet kan genvindes under opladning, mens irreversibelt kapacitetstab er det modsatte. De positive og negative elektroder kan interagere med elektrolytten for et micro-2s 5600 lipo batteri i den opladede tilstand, hvilket resulterer i lithiumion interkalation og deinterkalation. De interkalerede og deinterkalerede lithiumioner er kun relateret til lithiumionerne i elektrolytten, så kapaciteten af de positive og negative elektroder er ubalanceret, og denne del af kapacitetstabet kan ikke genvindes under opladning. som:
Den lithium-manganoxid positive elektrode og opløsningsmidlet vil have en micro-2s 5600 lipo batteri effekt, hvilket resulterer i selvafladning og irreversibelt kapacitetstab:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Opløsningsmolekyler (såsom PC) oxideres som micro 2s 5600 lipo batteri negativ elektrode på overfladen af det ledende materiale carbon black eller den nuværende samler:
xPC→xPC-radikal+xe-
På samme måde kan det negative aktive materiale interagere med elektrolytten og forårsage selvafladning og irreversibelt kapacitetstab, og elektrolytten (såsom LiPF6) reduceres på det ledende materiale:
PF5+xe-→PF5-x
Lithiumcarbid i den opladede tilstand oxideres ved at fjerne lithiumioner som den negative elektrode i micro 2s 5600 lipo batteriet:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Faktorer, der påvirker selvafladning: fremstillingsprocessen for det positive elektrode-materiale, fremstillingsprocessen for 2s 5600 lipo batteriet, elektrolyttens egenskaber, temperatur og tid.
Selvafladningshastigheden styres hovedsageligt af opløsningsmiddeloxidationshastigheden, så stabiliteten af opløsningsmidlet påvirker opbevaringslevetiden for 2s 5600 lipo batteriet.
Oxidationen af opløsningsmidlet foregår hovedsageligt på overfladen af carbon black, og reduktion af overfladearealet af carbon black kan kontrollere selvafladningshastigheden, men for LiMn2O4 katodematerialer er det lige så vigtigt at reducere overfladearealet af aktive materialer, og overfladens rolle på den nuværende samler ved opløsningsmiddeloxidation kan ikke ignoreres.
Strømlækage gennem 2s 5600 lipo batteri separatoren kan også forårsage selvafladning i Li-ion 2s 5600 lipo batteriet, men denne proces begrænses af separatorens modstand, forekommer med en meget lav hastighed og er uafhængig af temperaturen. Da selvafladningshastigheden for 2s 5600 lipo batteriet er stærkt temperaturafhængig, er denne proces ikke den primære mekanisme i selvafladning.
Hvis den negative elektrode er i fuldt opladet tilstand, og den positive elektrode selvaflader, vil kapacitetsbalancen i 2s 5600 lipo batteriet blive ødelagt, hvilket resulterer i permanent kapacitetstab.

Under langvarig eller hyppig selvafladning kan lithium aflejres på kulstoffet, hvilket øger kapacitetsubalancen mellem elektroderne.
Pistoia et al. sammenlignede selvafladningshastighederne for tre hovedmetaloxidkatoder i forskellige elektrolytter og fandt, at selvafladningshastighederne varierede med forskellige elektrolytter. Det påpeges, at de selvafladede oxidationsprodukter blokerer mikroporerne på elektrode-materialet, hvilket gør interkalation og udtrækning af lithium vanskelig, øger den interne modstand og reducerer afladningseffektiviteten, hvilket resulterer i irreversibelt kapacitetstab.
For mere information om lithiumbatterier, klik venligst nedenfor:
5600mah 2s lipo batteri modelleringsgrundlag