Der Grund für die Kapazität von 6s Lithiumbatterie ist eine Formel, die man verstehen muss!

6s lithium battery ist die am schnellsten wachsende Sekundärbatterie nach Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien. Ihre energieintensiven Eigenschaften lassen ihre Zukunft vielversprechend erscheinen. Allerdings ist die 6s lithium battery nicht perfekt, und ihr größtes Problem ist die Stabilität ihres Lade-Entlade-Zyklus. Dieses Papier fasst die möglichen Gründe für den Kapazitätsverlust der 6s lithium battery zusammen und analysiert sie: Überladung.

Kapazitätsausgleich der 6s Lithiumbatterie

Die 6s Lithiumbatterie hat unterschiedliche Interkalationsenergien, wenn die Interkalationsreaktion zwischen den beiden Elektroden stattfindet, und um die beste Leistung der Batterie zu erzielen, sollte das Kapazitätsverhältnis der beiden Wirts-Elektroden einen ausgeglichenen Wert beibehalten.
Bei einer 6s Lithiumbatterie wird der Kapazitätsausgleich als Massenverhältnis der positiven Elektrode zur negativen Elektrode ausgedrückt, nämlich: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
In der obigen Formel bezieht sich C auf die theoretische coulombsche Kapazität der 6s Lithiumbatterie-Elektrode, und Δx und Δy beziehen sich auf die stöchiometrische Anzahl der in der negativen Elektrode bzw. der positiven Elektrode der Lithiumelektrode 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.

Auswirkungen des Kapazitätsungleichgewichts der 6s-Lithiumbatterie

Im Allgemeinen führt ein kleineres Massenverhältnis zu einer unvollständigen Nutzung des Materials der negativen Elektrode; ein größeres Massenverhältnis kann aufgrund der Überladung der negativen Elektrode eine Sicherheitsgefahr darstellen. Kurz gesagt, bei dem optimierten Massenverhältnis ist die Elektrodenleistung der 6s-Lithiumbatterie am besten.
Für ein ideales Li-Ionen-Batteriesystem 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 6s-Lithiumbatterie verursachen. Sobald sich der Kapazitätsgleichgewichtszustand der 6s-Lithiumbatterie ändert, ist die Änderung irreversibel und kann sich über mehrere Zyklen ansammeln. Dies beeinträchtigt die Leistung der 6s-Lithiumbatterie erheblich. In 6s-Lithiumbatterien gibt es neben den Redoxreaktionen, die beim Deinterkalieren von Lithiumionen auftreten, auch eine große Anzahl von Nebenreaktionen, wie Elektrolytzerfall, Auflösung des aktiven Materials und Ablagerung von metallischem Lithium.

Ursache für das Kapazitätsungleichgewicht der 6s-Lithiumbatterie: Überladung

1. Überladungsreaktion der Graphit-Negativelektrode:
Wenn die Batterie überladen wird, werden Lithiumionen leicht reduziert und auf der Oberfläche der negativen Elektrode abgelagert:
Das abgelagerte 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 abgelagerte 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 Batterie erhöhen kann;

④ Aufgrund der sehr reaktiven 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 Laderate kann jedoch auch bei normalem Verhältnis von positivem und negativem aktivem Material eine Ablagerung von metallischem Lithium auftreten.

2. Überladungsreaktion der positiven Elektrode
Wenn das Verhältnis von aktivem Material der positiven Elektrode zum aktiven Material der negativen Elektrode zu niedrig ist, tritt wahrscheinlich eine Überladung der positiven Elektrode auf.
Der Kapazitätsverlust, der durch Überladung der positiven Elektrode verursacht wird, ist hauptsächlich auf die Bildung elektrochemisch inert Substanzen (wie [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 usw.) zurückzuführen, 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 6s-Lithiumbatterie erzeugte Sauerstoff aufgrund des Fehlens von Rekombinationsreaktionen (wie der Bildung von H2O) und des durch die Zersetzung des Elektrolyten erzeugten brennbaren Gases an, und die Folgen sind unvorstellbar.
(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, oxidiert der Elektrolyt und erzeugt unlösliche Stoffe (wie Li2Co3) und Gas. Diese unlöslichen Stoffe verstopfen die Mikroporen der Elektrode und behindern die Migration von Lithiumionen, was zu Kapazitätsverlusten während des Zyklus führt.
Faktoren, die die Oxidationsrate beeinflussen:
Die Oberfläche des positiven Elektrodenmaterials
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 beliebigen Lösungsmittels erhöht die Elektrolytkonzentration, verringert die Elektrolytstabilität und beeinflusst letztlich die Kapazität der Batterie. Angenommen, bei jeder Ladung wird eine kleine Menge Elektrolyt verbraucht, wird während der Batteriemontage mehr Elektrolyt benötigt. Für einen konstanten Behälter bedeutet dies, dass eine geringere Menge an aktivem Stoff geladen wird, was zu einer Verringerung der Anfangskapazität führt. Außerdem wird, wenn ein Feststoffprodukt entsteht, ein Passivierungsfilm auf der Oberfläche der Elektrode gebildet, der die Polarisation der Batterie erhöht und die Ausgangsspannung der Batterie verringert.

Das oben Genannte ist der gesamte Inhalt des Kapazitätsausgleichs der 6s-Lithiumbatterie, den wir Ihnen heute präsentieren. Die 6s-Lithiumbatterie hat unterschiedliche Interkalationsenergien, wenn die Interkalationsreaktion zwischen den beiden Elektroden stattfindet, und um die beste Leistung der Batterie zu erzielen, haben die beiden Wirtelektroden unterschiedliche Interkalationsenergien. Das Kapazitätsverhältnis sollte auf einem ausgeglichenen Wert gehalten werden; ein kleineres Massenverhältnis führt zu einer unvollständigen Nutzung des negativen Elektrodenmaterials; ein größeres Massenverhältnis kann aufgrund der Überladung der negativen Elektrode eine Sicherheitsgefahr darstellen. Beim optimierten Massenverhältnis ist die Elektrodenleistung der 6s-Lithiumbatterie am besten; der Hauptgrund für das Kapazitätsungleichgewicht der 6s-Lithiumbatterie ist die Überladung.
Ich hoffe, der heutige Inhalt ist für Sie hilfreich, weitere Informationen werden kontinuierlich aktualisiert, wir sehen uns in der nächsten Ausgabe.