Erklären Sie ausführlich die Gründe für den Kapazitätsverlust der 2s 5600 Lipo-Batterie

2s 5600 lipo battery ist die am schnellsten wachsende Sekundär-2s 5600 lipo battery nach Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-2s 5600 lipo battery. Ihre Hochenergieeigenschaften lassen ihre Zukunft vielversprechend erscheinen. Allerdings ist die 2s 5600 lipo battery nicht perfekt, ihr größtes Problem ist die Stabilität ihres Lade-Entlade-Zyklus.
CNHL fasst die möglichen Gründe für den Kapazitätsverlust der 2s 5600 lipo battery zusammen und analysiert sie, darunter Überladung, Elektrolytzerfall und Selbstentladung.
Die 2s 5600 lipo battery hat unterschiedliche Interkalationsenergien, wenn die Interkalationsreaktion zwischen den beiden Elektroden stattfindet, und um die beste Leistung der 2s 5600 lipo battery zu erzielen, sollte das Kapazitätsverhältnis der beiden Hauptelektroden einen Gleichgewichtswert beibehalten.
In der 2s 5600 lipo battery wird das Kapazitätsgleichgewicht als Massenverhältnis der positiven Elektrode zur negativen Elektrode ausgedrückt,
Das heißt: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
In der obigen Formel bezieht sich C auf die theoretische coulombische Kapazität der Elektrode, und Δx und Δy beziehen sich auf die stöchiometrische Anzahl der in der negativen bzw. positiven Elektrode eingebetteten Lithiumionen. Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass das erforderliche Massenverhältnis der beiden Pole von der entsprechenden Coulomb-Kapazität der beiden Pole und der Anzahl ihrer jeweiligen reversiblen Lithiumionen abhängt.
Im Allgemeinen führt ein kleineres Massenverhältnis zu einer unvollständigen Nutzung des negativen Elektrodenmaterials; ein größeres Massenverhältnis kann aufgrund der Überladung der negativen Elektrode eine Sicherheitsgefahr darstellen. Kurz gesagt, bei dem optimierten Massenverhältnis hat die 2s 5600 lipo battery die beste Leistung.
Für ein ideales Li-ion2s 5600 lipo battery System ändert sich das Kapazitätsgleichgewicht während seines Zyklus nicht, und die Anfangskapazität in jedem Zyklus ist ein bestimmter Wert, aber die tatsächliche Situation ist viel komplizierter. Jede Nebenreaktion, die Lithiumionen oder Elektronen erzeugen oder verbrauchen kann, kann eine Änderung des Kapazitätsgleichgewichts der 2s 5600 lipo battery verursachen. Sobald sich das Kapazitätsgleichgewicht der 2s 5600 lipo battery ändert, ist die Änderung irreversibel und kann sich über mehrere Zyklen kumulieren, was sich ernsthaft auf die Leistung der 2s 5600 lipo battery auswirkt. In der 2s 5600 lipo battery gibt es neben der Redoxreaktion, die beim Deinterkalieren von Lithiumionen auftritt, auch eine große Anzahl von Nebenreaktionen, wie Elektrolytzerfall, Auflösung des aktiven Materials und Ablagerung von metallischem Lithium.

Grund 1: 2s 5600 lipo battery ist überladen

1. Überladungsreaktion der Graphit-Negativelektrode:
Wenn die 2s 5600 lipo Batterie überladen wird, werden Lithiumionen leicht reduziert und auf der Oberfläche der negativen Elektrode abgeschieden:
Das abgeschiedene Lithium überzieht die Oberfläche der negativen Elektrode und blockiert die Interkalation von Lithium. Dies führt zu einer verringerten Entladeeffizienz und Kapazitätsverlust aufgrund von:
① Verringerung der Menge an recycelbarem Lithium;
② Das abgeschiedene metallische Lithium reagiert mit dem Lösungsmittel oder dem unterstützenden Elektrolyten und bildet Li2CO3, LiF oder andere Produkte;
③ Metallisches Lithium bildet sich üblicherweise zwischen der negativen Elektrode und dem Separator, was die Poren des Separators blockieren und den Innenwiderstand der 2s 5600 lipo Batterie erhöhen kann;
④ Aufgrund der sehr aktiven Natur von Lithium reagiert es leicht mit dem Elektrolyten und verbraucht diesen, was zu einer Verringerung der Entladeeffizienz und einem Kapazitätsverlust führt.
Schnellladung, die Stromdichte ist zu hoch, die negative Elektrode ist stark polarisiert, und die Ablagerung von Lithium wird deutlicher. Dies tritt wahrscheinlich auf, wenn das aktive Material der positiven Elektrode im Verhältnis zum aktiven Material der negativen Elektrode übermäßig ist. Bei hoher Ladegeschwindigkeit kann jedoch auch bei normalem Verhältnis von positivem und negativem aktivem Material eine Ablagerung von metallischem Lithium auftreten.
Für die Überladung von Lithiumbatterien siehe bitte Folgendes: Lipo battery 4s charging and discharging principle, be sure to store it well!
2. Überladungsreaktion der positiven Elektrode
Wenn das Verhältnis von aktivem Material der positiven Elektrode zum aktiven Material der negativen Elektrode zu niedrig ist, ist eine Überladung der positiven Elektrode wahrscheinlich.
Der Kapazitätsverlust, der durch Überladung der positiven Elektrode verursacht wird, beruht hauptsächlich auf der Entstehung elektrochemisch inertem Substanzen (wie Co3O4, Mn2O3 usw.), die das Kapazitätsgleichgewicht zwischen den Elektroden zerstören, und der Kapazitätsverlust ist irreversibel.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Gleichzeitig sammelt sich der durch die Zersetzung des positiven Elektrodenmaterials in der versiegelten 2s 5600 lipo Batterie erzeugte Sauerstoff an, da keine Rekombinationsreaktion (wie die Bildung von H2O) stattfindet, sowie das durch die Zersetzung des Elektrolyten entstehende brennbare Gas, und die Folgen werden unvorstellbar sein.
(2) λ-MnO2
Die Lithium-Mangan-Reaktion tritt auf, wenn das Lithium-Mangan-Oxid vollständig delithiiert ist: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Der Elektrolyt wird bei Überladung oxidiert
Wenn der Druck höher als 4,5 V ist, wird der Elektrolyt oxidiert, um unlösliche Stoffe (wie Li2Co3) und Gase zu erzeugen. Diese unlöslichen Stoffe blockieren die Mikroporen der Elektrode und behindern die Migration der Lithiumionen, was zu Kapazitätsverlusten während des Zyklusbetriebs führt.
Faktoren, die die Oxidationsrate beeinflussen:
Die Oberfläche des positiven Elektodenmaterials
Material des Stromsammlers
Hinzugefügtes leitfähiges Mittel (Ruß usw.)
Die Art und Oberfläche von Ruß
Unter den häufiger verwendeten Elektrolyten gilt EC/DMC als am widerstandsfähigsten gegen Oxidation. Der elektrochemische Oxidationsprozess der Lösung wird allgemein ausgedrückt als: Lösung→Oxidationsprodukt (Gas, Lösung und Feststoff)+ne-
Die Oxidation eines jeden Lösungsmittels erhöht die Elektrolytkonzentration, verringert die Elektrolytstabilität und beeinflusst letztlich die Kapazität der 2s 5600 lipo Batterie. Angenommen, bei jedem Ladevorgang wird eine kleine Menge Elektrolyt verbraucht, so wird bei der Montage der 2s 5600 lipo Batterie mehr Elektrolyt benötigt. Für einen konstanten Behälter bedeutet dies, dass eine geringere Menge an aktivem Material geladen wird, was zu einer Verringerung der Anfangskapazität führt. Außerdem wird bei der Bildung eines festen Produkts ein Passivierungsfilm auf der Oberfläche der Elektrode gebildet, der die Polarisation der 2s 5600 lipo Batterie erhöht und die Ausgangsspannung der 2s 5600 lipo Batterie verringert.

Grund 2: Zersetzung des Elektrolyts der 2s 5600 lipo Batterie (Reduktion)

Ich zersetze mich an der Elektrode
1. Der Elektrolyt wird an der positiven Elektrode zersetzt:
Der Elektrolyt besteht aus einem Lösungsmittel und einem unterstützenden Elektrolyt. Nach der Zersetzung der positiven Elektrode bilden sich üblicherweise unlösliche Produkte wie Li2Co3 und LiF, die die Kapazität der 2s 5600 lipo Batterie durch Verstopfen der Poren der Elektrode verringern. Die Reduktionsreaktion des Elektrolyts beeinflusst die Kapazität und Lebensdauer der 2s 5600 lipo Batterie negativ, und das durch die Reduktion entstehende Gas erhöht den Innendruck der 2s 5600 lipo Batterie, was zu Sicherheitsproblemen führt.
Die Zersetzungsspannung der positiven Elektrode liegt üblicherweise über 4,5 V (vs. Li/Li+), daher zersetzen sie sich nicht leicht an der positiven Elektrode. Im Gegenteil, der Elektrolyt zersetzt sich leichter an der negativen Elektrode.
Der folgende Artikel über Lithiumbatterie-Elektrolyt enthält eine ausführliche Einführung, interessierte Partner können sich darauf beziehen:
Cnhl 6s lipo Batterie Elektrolyt, praktische Funktion und klassischer Systemaufbau
2. Der Elektrolyt wird an der negativen Elektrode zersetzt:
Der Elektrolyt ist auf Graphit und anderen lithium-eingelagerten Kohlenstoffanoden nicht stabil und reagiert leicht, wodurch irreversible Kapazität entsteht. Während des ersten Lade- und Entladevorgangs zersetzt sich der Elektrolyt und bildet einen Passivierungsfilm auf der Oberfläche der Elektrode. Der Passivierungsfilm kann den Elektrolyt vom Kohlenstoff-Negativelektroden trennen, um eine weitere Zersetzung des Elektrolyts zu verhindern. So wird die strukturelle Stabilität der Kohlenstoffanode erhalten. Unter idealen Bedingungen ist die Reduktion des Elektrolyts auf die Phase der Passivierungsfilmbildung beschränkt, und dieser Prozess tritt nicht auf, wenn der Zyklus stabil ist.
Bildung der Passivierungsschicht
Die Reduktion von Elektrolytsalzen beteiligt sich an der Bildung der Passivierungsschicht, was zur Stabilisierung der Passivierungsschicht beiträgt, aber
(1) Die durch die Reduktion erzeugten unlöslichen Stoffe wirken sich nachteilig auf das Produkt der Lösungsmittelreduktion aus;
(2) Die Konzentration des Elektrolyten nimmt ab, wenn das Elektrolytsalz reduziert wird, was letztlich zum Kapazitätsverlust der 2s 5600 lipo Batterie führt (LiPF6 wird zu LiF, LixPF5-x, PF3O und PF3 reduziert);
(3) Die Bildung der Passivierungsschicht verbraucht Lithiumionen, was zu einem Kapazitätsungleichgewicht zwischen den beiden Elektroden führt und die spezifische Kapazität der gesamten 2s 5600 lipo Batterie verringert.
(4) Wenn Risse in der Passivierungsschicht vorhanden sind, können Lösungsmittelmoleküle eindringen und die Passivierungsschicht verdicken, was nicht nur mehr Lithium verbraucht, sondern auch die Mikroporen auf der Kohlenstoffoberfläche blockieren kann, was die Einlagerung und Entnahme von Lithium verhindert und zu irreversiblen Kapazitätsverlusten führt. Die Zugabe einiger anorganischer Zusätze zum Elektrolyten, wie CO2, N2O, CO, SO2 usw., kann die Bildung der Passivierungsschicht beschleunigen und die Co-Einlagerung und Zersetzung des Lösungsmittels hemmen. Die Zugabe von Kronether-Organikzusätzen hat ebenfalls die gleiche Wirkung. 12-Kronen und 4-Ether sind am besten.
Faktoren für Kapazitätsverlust der Schicht:
(1) Die Art des im Prozess verwendeten Kohlenstoffs;
(2) Elektrolytzusammensetzung;
(3) Zusätze in Elektroden oder Elektrolyten.
Blyr ist der Ansicht, dass die Ionenaustauschreaktion von der Oberfläche des aktiven Materialpartikels bis zu seinem Kern fortschreitet, die neu gebildete Phase das ursprüngliche aktive Material überdeckt und auf der Oberfläche des Partikels ein Passivfilm mit geringer ionischer und elektronischer Leitfähigkeit entsteht, sodass das Spinell nach der Lagerung eine größere Polarisation als vor der Lagerung aufweist.
Zhang stellte fest, dass der Widerstand der Oberflächenpassivierungsschicht mit der Zunahme der Zyklenzahl anstieg und die Grenzflächenkapazität abnahm. Dies zeigt, dass die Dicke der Passivierungsschicht mit der Anzahl der Zyklen zunimmt. Die Auflösung von Mangan und die Zersetzung des Elektrolyten führen zur Bildung von Passivierungsschichten, und hohe Temperaturen begünstigen den Verlauf dieser Reaktionen. Dies erhöht den Kontaktwiderstand zwischen den aktiven Materialpartikeln und den Li+-Migrationswiderstand, was die Polarisation der 2s 5600 lipo Batterie erhöht, zu unvollständigem Laden und Entladen führt und die Kapazität verringert.

II Reduktionsmechanismus des Elektrolyten
Der Elektrolyt enthält oft Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxid und andere Verunreinigungen, und Redoxreaktionen treten während des Lade- und Entladevorgangs der 2s 5600 lipo Batterie auf.
Der Reduktionsmechanismus des Elektrolyten umfasst drei Aspekte: Lösungsmittelreduktion, Elektrolytreduktion und Verunreinigungsreduktion:
1. Lösungsmittelreduktion
Die Reduktion von PC und EC umfasst Ein-Elektronen- und Zwei-Elektronen-Reaktionsprozesse, wobei die Zwei-Elektronen-Reaktion Li2CO3 bildet:
Fong et al. waren der Ansicht, dass während des ersten Entladevorgangs, wenn das Elektrodenpotential nahe 0,8 V (vs. Li/Li+) lag, die elektrochemische Reaktion von PC/EC auf Graphit stattfand und CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) und LiCO3(s) erzeugte, was zu irreversiblen Kapazitätsverlusten an Graphitelektroden führte.
Aurbach et al. führten umfangreiche Untersuchungen zum Reduktionsmechanismus und den Produkten verschiedener Elektrolyte an Lithium-Metallelektroden und kohlenstoffbasierten Elektroden durch und fanden heraus, dass der Ein-Elektronen-Reaktionsmechanismus von PC ROCO2Li und Propylen erzeugt. ROCO2Li ist sehr empfindlich gegenüber Spuren von Wasser. Die Hauptprodukte sind Li2CO3 und Propylen in Gegenwart von Spuren Wasser, aber unter trockenen Bedingungen wird kein Li2CO3 gebildet.
Wiederherstellung von DEC:

Ein-Eli Y berichtete, dass der mit Diethylcarbonat (DEC) und Dimethylcarbonat (DMC) gemischte Elektrolyt in einer 2s 5600 lipo battery eine Austauschreaktion eingeht, um Ethylmethylcarbonat (EMC) zu erzeugen, was den Kapazitätsverlust etwas beeinflusst.
2. Elektrolytreduktion
Die Reduktionsreaktion des Elektrolyten wird allgemein als an der Bildung der Oberflächenfilm des Kohlenstoffelektroden beteiligt angesehen, daher beeinflussen deren Typ und Konzentration die Leistung der Kohlenstoffelektrode. In einigen Fällen trägt die Reduktion des Elektrolyten zur Stabilisierung der Kohlenstoffoberfläche bei, wodurch die gewünschte Passivierungsschicht gebildet werden kann.
(3) Das Vorhandensein von Sauerstoff im Lösungsmittel führt ebenfalls zur Bildung von Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Da der Potentialunterschied zwischen metallischem Lithium und vollständig interkaliertem Kohlenstoff gering ist, ist die Reduktion des Elektrolyten auf Kohlenstoff ähnlich der Reduktion auf Lithium.

Grund 3: Selbstentladung der 2s 5600 lipo battery

Selbstentladung bezeichnet das Phänomen, dass die Kapazität der 2s 5600 lipo battery natürlich verloren geht, wenn sie nicht benutzt wird. Die Selbstentladung der 2s 5600 lipo battery (der folgende Artikel über die Selbstentladung von lipo batteries enthält eine ausführliche Einführung: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) führt in zwei Fällen zu Kapazitätsverlust:
Einer ist der reversible Kapazitätsverlust;
Der zweite ist der Verlust irreversibler Kapazität.
Reversibler Kapazitätsverlust bedeutet, dass die verlorene Kapazität während des Ladevorgangs wiederhergestellt werden kann, während irreversibler Kapazitätsverlust das Gegenteil ist. Die positive und negative Elektrode können mit dem Elektrolyten für eine micro-2s 5600 lipo battery im geladenen Zustand interagieren, was zu Lithium-Ionen-Interkalation und Deinterkalation führt. Die interkalierten und deinterkalierten Lithium-Ionen beziehen sich nur auf die Lithium-Ionen des Elektrolyten, sodass die Kapazität der positiven und negativen Elektroden unausgeglichen ist, und dieser Teil des Kapazitätsverlusts kann während des Ladevorgangs nicht wiederhergestellt werden. wie:
Die Lithium-Manganoxid-Positivelektrode und das Lösungsmittel bewirken einen Mikro-2s 5600 Lipo-Akku-Effekt, der zu Selbstentladung und irreversiblen Kapazitätsverlust führt:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Lösungsmittelmoleküle (wie PC) werden als negative Elektrode des Mikro 2s 5600 Lipo-Akkus an der Oberfläche des leitfähigen Materials Ruß oder Stromsammler oxidiert:
xPC→xPC-Radikal+xe-
Ebenso kann das negative aktive Material mit dem Elektrolyten reagieren, um Selbstentladung zu verursachen und irreversiblen Kapazitätsverlust zu bewirken, und der Elektrolyt (wie LiPF6) wird auf dem leitfähigen Material reduziert:
PF5+xe-→PF5-x
Lithiumcarbid im geladenen Zustand wird durch Entfernen von Lithiumionen als negative Elektrode des Mikro 2s 5600 Lipo-Akkus oxidiert:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Faktoren, die die Selbstentladung beeinflussen: der Herstellungsprozess des positiven Elektrodenmaterials, der Herstellungsprozess des 2s 5600 Lipo-Akkus, die Eigenschaften des Elektrolyten, Temperatur und Zeit.
Die Selbstentladungsrate wird hauptsächlich durch die Oxidationsrate des Lösungsmittels gesteuert, daher beeinflusst die Stabilität des Lösungsmittels die Lagerdauer des 2s 5600 Lipo-Akkus.
Die Oxidation des Lösungsmittels erfolgt hauptsächlich an der Oberfläche von Ruß, und die Verringerung der Oberfläche von Ruß kann die Selbstentladungsrate kontrollieren. Für LiMn2O4-Kathodenmaterialien ist es jedoch ebenso wichtig, die Oberfläche der aktiven Materialien zu reduzieren, und die Rolle der Oberfläche des Stromsammlers bei der Lösungsmitteloxidation darf nicht ignoriert werden.
Stromleckage durch den Separator des 2s 5600 Lipo-Akkus kann ebenfalls Selbstentladung in der Li-Ion 2s 5600 Lipo-Batterie verursachen, aber dieser Prozess wird durch den Widerstand des Separators begrenzt, erfolgt sehr langsam und ist temperaturunabhängig. Da die Selbstentladungsrate des 2s 5600 Lipo-Akkus stark temperaturabhängig ist, ist dieser Prozess nicht der Hauptmechanismus der Selbstentladung.
Wenn die negative Elektrode vollständig geladen ist und die positive Elektrode sich selbst entlädt, wird das Kapazitätsgleichgewicht im 2s 5600 Lipo-Akku zerstört, was zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust führt.

Bei längerer oder häufiger Selbstentladung kann sich Lithium auf dem Kohlenstoff ablagern, was das Kapazitätsungleichgewicht zwischen den Elektroden erhöht.
Pistoia et al. verglichen die Selbstentladungsraten von drei Hauptmetalloxid-Kathoden in verschiedenen Elektrolyten und stellten fest, dass die Selbstentladungsraten je nach Elektrolyt variierten. Es wird darauf hingewiesen, dass die selbstentladenen Oxidationsprodukte die Mikroporen des Elektrodenmaterials blockieren, was die Interkalation und Extraktion von Lithium erschwert, den Innenwiderstand erhöht und die Entladeeffizienz verringert, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führt.
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Grundlagen der Modellierung von 5600mah 2s Lipo-Akkus