Årsagen til kapaciteten på 6s lithiumbatteri er en formel at forstå!

6s lithium battery er det hurtigst voksende sekundærbatteri efter nikkel-cadmium og nikkel-hydrogen batterier. Dets høje energiegenskaber gør, at fremtiden ser lys ud. Dog er 6s lithium battery ikke perfekt, og dets største problem er stabiliteten af dets lade- og afladningscyklus. Denne artikel opsummerer og analyserer den mulige årsag til kapacitetsfaldet i 6s lithium battery: overopladning.

6s lithiumbatteri kapacitetsbalance

6s lithiumbatteriet har forskellige interkalationsenergier, når interkalationsreaktionen forekommer mellem de to elektroder, og for at opnå den bedste ydeevne for batteriet bør kapacitetsforholdet mellem de to hostelektroder opretholde en afbalanceret værdi.
I et 6s lithiumbatteri udtrykkes kapacitetsbalancen som masseratioen mellem den positive elektrode og den negative elektrode, nemlig: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
I ovenstående formel refererer C til den teoretiske coulombiske kapacitet af 6s lithiumbatteriets elektrode, og Δx og Δy refererer til det støkiometriske antal lithiumioner indlejret i henholdsvis den negative elektrode og den positive elektrode i lithiumelektroden. Det kan ses ud fra ovenstående formel, at det krævede masseratio mellem de to poler afhænger af den tilsvarende Coulomb-kapacitet for de to poler og antallet af deres respektive reversible lithiumioner.

6s lithiumbatteris kapacitetsubalanceringspåvirkning

Generelt fører et mindre masseforhold til ufuldstændig udnyttelse af det negative elektrode materiale; et større masseforhold kan forårsage en sikkerhedsrisiko på grund af overopladning af den negative elektrode. Kort sagt, ved det optimerede masseforhold er elektrodeydelsen for 6s lithiumbatteriet bedst.
For et ideelt Li-ion batterisystem 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 i 6s lithiumbatteriet. Når kapacitetsbalancetilstanden i 6s lithiumbatteriet ændres, er ændringen irreversibel og kan akkumuleres gennem flere cyklusser. Det påvirker alvorligt ydeevnen af 6s lithiumbatteriet. I 6s lithiumbatterier, ud over redoxreaktionerne, der opstår, når lithiumioner deinterkaleres, forekommer også et stort antal side reaktioner, såsom elektrolyttens nedbrydning, aktiv materialeløsning og aflejring af metallisk lithium.

6s lithiumbatteris kapacitetsubalanceringsårsag: overopladning

1. Overopladningsreaktion for grafit negativ elektrode:
Når batteriet overoplades, reduceres lithiumioner let og aflejres på overfladen af den negative elektrode:
Det aflejrede lithium beklæder den negative elektrodeoverflade og blokerer lithiums interkalering. 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 batteriets interne modstand;

④ På grund af lithiums meget reaktive natur reagerer det let med elektrolytten og forbruger elektrolytten, hvilket resulterer i en reduktion af afladningseffektiviteten og et kapacitetstab.
Hurtig opladning, strømstyrken er for stor, den negative elektrode er stærkt polariseret, 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.

2. Overopladningsreaktion for den positive elektrode
Når forholdet mellem aktivt materiale i den positive elektrode og aktivt materiale i den negative elektrode er for lavt, er positiv overopladning sandsynlig.
Kapacitetstabet forårsaget af overopladning af den positive elektrode skyldes hovedsageligt dannelsen af elektrokemisk inaktive 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 vil det ilt, der genereres ved nedbrydning af det positive elektrode materiale i det forseglede 6s lithiumbatteri, ophobes samtidig på grund af fraværet af rekombinationsreaktioner (såsom dannelse af H2O) og den brændbare gas, der genereres ved nedbrydning af elektrolytten, og konsekvenserne vil være uforudsigelige.
(2) λ-MnO2
Lithium-mangan reaktionen sker, når lithium-manganoxid er fuldstændigt delithieret: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3. Elektrolytten oxideres ved overopladning
Når trykket er højere end 4,5V, vil elektrolytten oxidere og danne uopløselige stoffer (såsom Li2Co3) og gas. Disse uopløselige stoffer vil blokere elektrodernes mikroporer 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 (carbon black osv.)
Typen og overfladearealet af carbon black
Blandt de mere almindeligt anvendte elektrolytter anses EC/DMC for at have den højeste oxidationsbestandighed. Den elektrokemiske oxidationsproces for 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 batteriets kapacitet. Forudsat at en lille mængde elektrolyt forbruges hver gang det oplades, kræves der mere elektrolyt under batterisamlingen. For en konstant beholder betyder dette, at en mindre mængde aktivt stof indlæses, hvilket resulterer i et fald i den oprindelige kapacitet. Derudover, hvis der dannes et fast produkt, vil der dannes en passiveringsfilm på overfladen af elektroden, hvilket vil øge batteriets polarisering og reducere batteriets udgangsspænding.

Ovenstående er hele indholdet om kapacitetsbalancen for 6s lithiumbatteri, som vi bringer dig i dag. 6s lithiumbatteriet har forskellige interkalationsenergier, når interkalationsreaktionen sker mellem de to elektroder, og for at opnå den bedste ydeevne af batteriet har de to hostelektroder forskellige interkalationsenergier. Kapacitetsforholdet bør holdes på en balanceret værdi; et mindre masseforhold fører til ufuldstændig udnyttelse af det negative elektrode materiale; et større masseforhold kan forårsage en sikkerhedsrisiko på grund af overopladning af den negative elektrode. Ved det optimerede masseforhold er elektrodeydelsen for 6s lithiumbatteriet bedst; hovedårsagen til kapacitetsubalancen i 6s lithiumbatteriet er overopladning.
Jeg håber, at dagens indhold er nyttigt for dig, mere information vil løbende blive opdateret, vi ses i næste udgave.