Explica en detalle las razones de la degradación de la capacidad de la batería lipo 2s 5600

batería lipo 2s 5600 es la batería secundaria 2s 5600 de más rápido crecimiento después de las baterías de níquel cadmio y níquel hidrógeno 2s 5600. Sus propiedades de alta energía hacen que su futuro parezca brillante. Sin embargo, la batería lipo 2s 5600 no es perfecta, su mayor problema es la estabilidad de su ciclo de carga-descarga.
CNHL resume y analiza las posibles razones de la disminución de capacidad de la batería lipo 2s 5600, incluyendo sobrecarga, descomposición del electrolito y autodescarga.
La batería lipo 2s 5600 tiene diferentes energías de intercalación cuando ocurre la reacción de intercalación entre los dos electrodos, y para obtener el mejor rendimiento de la batería lipo 2s 5600, la proporción de capacidad de los dos electrodos anfitriones debe mantener un valor equilibrado.
En la batería lipo 2s 5600, el equilibrio de capacidad se expresa como la proporción de masa del electrodo positivo al electrodo negativo,
Es decir: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
En la fórmula anterior, C se refiere a la capacidad coulómbica teórica del electrodo, y Δx y Δy se refieren al número estequiométrico de iones de litio insertados en el electrodo negativo y el electrodo positivo, respectivamente. Se puede ver en la fórmula anterior que la proporción de masa requerida de los dos polos depende de la capacidad coulómbica correspondiente de los dos polos y del número de sus respectivos iones de litio reversibles.
En términos generales, una proporción de masa menor conduce a una utilización incompleta del material del electrodo negativo; una proporción de masa mayor puede causar un riesgo de seguridad debido a la sobrecarga del electrodo negativo. En resumen, en la proporción de masa optimizada, la batería lipo 2s 5600 tiene el mejor rendimiento.
Para un sistema ideal de batería lipo Li-ion 2s 5600, el equilibrio de capacidad no cambia durante su ciclo, y la capacidad inicial en cada ciclo es un valor determinado, pero la situación real es mucho más complicada. Cualquier reacción secundaria que pueda generar o consumir iones de litio o electrones puede causar un cambio en el equilibrio de capacidad de la batería lipo 2s 5600. Una vez que el equilibrio de capacidad de la batería lipo 2s 5600 cambia, el cambio es irreversible y puede acumularse a través de múltiples ciclos, teniendo un impacto serio en el rendimiento de la batería lipo 2s 5600. En la batería lipo 2s 5600, además de la reacción redox que ocurre cuando los iones de litio se desintercalan, también hay una gran cantidad de reacciones secundarias, como la descomposición del electrolito, la disolución del material activo y la deposición de litio metálico.

Razón 1: la batería lipo 2s 5600 está sobrecargada

1. Reacción de sobrecarga del electrodo negativo de grafito:
Cuando la batería lipo 2s 5600 está sobrecargada, los iones de litio se reducen fácilmente y se depositan en la superficie del electrodo negativo:
El litio depositado recubre la superficie del electrodo negativo, bloqueando la intercalación de litio. Esto resulta en una reducción de la eficiencia de descarga y pérdida de capacidad debido a:
① Reducir la cantidad de litio reciclable;
② El litio metálico depositado reacciona con el solvente o el electrolito de soporte para formar Li2CO3, LiF u otros productos;
③ El litio metálico generalmente se forma entre el electrodo negativo y el separador, lo que puede bloquear los poros del separador y aumentar la resistencia interna de la batería lipo 2s 5600;
④ Debido a la naturaleza muy activa del litio, es fácil que reaccione con el electrolito y consuma el electrolito, resultando en una reducción de la eficiencia de descarga y pérdida de capacidad.
Carga rápida, la densidad de corriente es demasiado alta, el electrodo negativo se polariza severamente y la deposición de litio será más evidente. Esto es probable que ocurra cuando el material activo del electrodo positivo es excesivo en relación con el material activo del electrodo negativo. Sin embargo, en caso de una alta tasa de carga, puede ocurrir deposición de litio metálico incluso si la proporción de materiales activos positivo y negativo es normal.
Para la sobrecarga de baterías de litio, consulte lo siguiente: Principio de carga y descarga de batería Lipo 4s, ¡asegúrese de almacenarla bien!
2. Reacción de sobrecarga del electrodo positivo
Cuando la proporción de material activo del electrodo positivo respecto al material activo del electrodo negativo es demasiado baja, es probable que ocurra sobrecarga del electrodo positivo.
La pérdida de capacidad causada por la sobrecarga del electrodo positivo se debe principalmente a la generación de sustancias electroquímicamente inertes (como Co3O4, Mn2O3, etc.), que destruyen el equilibrio de capacidad entre los electrodos, y la pérdida de capacidad es irreversible.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Al mismo tiempo, el oxígeno generado por la descomposición del material del electrodo positivo en la batería lipo 2s 5600 sellada se acumula porque no hay reacción de recombinación (como la generación de H2O) y el gas inflamable generado por la descomposición del electrolito, y las consecuencias serán inimaginables.
(2) λ-MnO2
La reacción litio-manganeso ocurre cuando el óxido de litio-manganeso está completamente deslitado: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. El electrolito se oxida cuando hay sobrecarga
Cuando la presión es superior a 4.5V, el electrolito se oxidará para generar insolubles (como Li2Co3) y gases. Estos insolubles bloquearán los microporos del electrodo e impedirán la migración de iones de litio, resultando en pérdida de capacidad durante el ciclo.
Factores que afectan la velocidad de oxidación:
El área superficial del material del electrodo positivo
Material del colector de corriente
Agente conductor añadido (negro de carbono, etc.)
El tipo y área superficial del negro de carbono
Entre los electrolitos más comúnmente usados, EC/DMC se considera que tiene la mayor resistencia a la oxidación. El proceso de oxidación electroquímica de la solución generalmente se expresa como: solución→producto de oxidación (gas, solución y materia sólida)+ne-
La oxidación de cualquier disolvente aumentará la concentración del electrolito, disminuirá la estabilidad del electrolito y, en última instancia, afectará la capacidad de la batería lipo 2s 5600. Suponiendo que se consume una pequeña cantidad de electrolito con cada carga, se requiere más electrolito cuando se ensambla la batería lipo 2s 5600. Para un contenedor constante, esto significa que se carga una menor cantidad de sustancia activa, lo que resulta en una disminución de la capacidad inicial. Además, si se produce un producto sólido, se formará una película de pasivación en la superficie del electrodo, lo que causará que la polarización de la batería lipo 2s 5600 aumente y reduzca el voltaje de salida de la batería lipo 2s 5600.

Razón 2: descomposición del electrolito de la batería lipo 2s 5600 (reducción)

Me descompongo en el electrodo
1. El electrolito se descompone en el electrodo positivo:
El electrolito está compuesto por un disolvente y un electrolito de soporte. Después de la descomposición del electrodo positivo, generalmente se forman productos insolubles como Li2Co3 y LiF, que reducen la capacidad de la batería lipo 2s 5600 al bloquear los poros del electrodo. La reacción de reducción del electrolito afectará la capacidad y la vida útil del ciclo de la batería lipo 2s 5600. Tiene efectos adversos, y el gas generado por la reducción aumentará la presión interna de la batería lipo 2s 5600, lo que resulta en problemas de seguridad.
El voltaje de descomposición del electrodo positivo suele ser mayor a 4.5V (vs. Li/Li+), por lo que no se descomponen fácilmente en el electrodo positivo. Por el contrario, el electrolito se descompone más fácilmente en el electrodo negativo.
El siguiente artículo sobre el electrolito de batería de litio tiene una introducción detallada, y los socios interesados pueden consultar:
Electrolito de batería lipo Cnhl 6s, función práctica y construcción clásica del sistema
2. El electrolito se descompone en el electrodo negativo:
El electrolito no es estable en grafito y otros ánodos de carbono con litio insertado, y es fácil que reaccione para generar capacidad irreversible. Durante la carga y descarga inicial, la descomposición del electrolito formará una película de pasivación en la superficie del electrodo, y la película de pasivación puede separar el electrolito del electrodo negativo de carbono para evitar una mayor descomposición del electrolito. Así, se mantiene la estabilidad estructural del ánodo de carbono. En condiciones ideales, la reducción del electrolito se limita a la etapa de formación de la película de pasivación, y este proceso no ocurre cuando el ciclo es estable.
Formación de la película de pasivación
La reducción de las sales del electrolito participa en la formación de la película de pasivación, lo cual es beneficioso para la estabilización de la película de pasivación, pero
(1) La materia insoluble producida por la reducción tendrá un efecto adverso sobre el producto de reducción del solvente;
(2) La concentración del electrolito disminuye cuando se reduce la sal del electrolito, lo que finalmente conduce a la pérdida de capacidad de la batería 2s 5600 lipo (LiPF6 se reduce para formar LiF, LixPF5-x, PF3O y PF3);
(3) La formación de la película de pasivación consume iones de litio, lo que causará un desequilibrio de capacidad entre los dos electrodos y reducirá la capacidad específica de toda la batería 2s 5600 lipo.
(4) Si hay grietas en la película de pasivación, las moléculas del solvente pueden penetrar y engrosar la película de pasivación, lo que no solo consume más litio, sino que también puede bloquear los microporos en la superficie del carbono, resultando en la incapacidad del litio para insertarse y extraerse, causando una pérdida irreversible de capacidad. Añadir algunos aditivos inorgánicos al electrolito, como CO2, N2O, CO, SO2, etc., puede acelerar la formación de la película de pasivación e inhibir la co-inserción y descomposición del solvente. La adición de aditivos orgánicos de éter corona también tiene el mismo efecto. 12 coronas y 4 éteres son los mejores.
Factores para la pérdida de capacidad de la película:
(1) El tipo de carbono utilizado en el proceso;
(2) Composición del electrolito;
(3) Aditivos en electrodos o electrolitos.
Blyr cree que la reacción de intercambio iónico avanza desde la superficie de la partícula del material activo hacia su núcleo, la nueva fase formada entierra el material activo original, y se forma una película pasiva con baja conductividad iónica y electrónica en la superficie de la partícula, por lo que el espinela después del almacenamiento presenta mayor polarización que antes del almacenamiento.
Zhang encontró que la resistencia de la capa de pasivación superficial aumentaba y la capacitancia interfacial disminuía con el aumento del número de ciclos. Esto refleja que el grosor de la capa de pasivación aumenta con el número de ciclos. La disolución de manganeso y la descomposición del electrolito conducen a la formación de películas de pasivación, y las condiciones de alta temperatura son más propicias para el avance de estas reacciones. Esto aumentará la resistencia de contacto entre las partículas del material activo y la resistencia a la migración de Li+, incrementando así la polarización de la batería 2s 5600 lipo, la carga y descarga incompletas, y la reducción de la capacidad.

II Mecanismo de reducción del electrolito
El electrolito a menudo contiene oxígeno, agua, dióxido de carbono y otras impurezas, y ocurren reacciones redox durante el proceso de carga y descarga de la batería 2s 5600 lipo.
El mecanismo de reducción del electrolito incluye tres aspectos: reducción del solvente, reducción del electrolito y reducción de impurezas:
1. Reducción del disolvente
La reducción de PC y EC incluye procesos de reacción de un electrón y de dos electrones, y la reacción de dos electrones forma Li2CO3:
Fong et al. creían que durante el primer proceso de descarga, cuando el potencial del electrodo estaba cerca de 0.8V (vs. Li/Li+), la reacción electroquímica de PC/EC ocurría en el grafito para generar CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) y LiCO3(s), lo que conduce a la pérdida irreversible de capacidad en electrodos de grafito.
Aurbach et al. realizaron una extensa investigación sobre el mecanismo de reducción y los productos de varios electrolitos en electrodos de litio metálico y electrodos a base de carbono, y encontraron que el mecanismo de reacción de un electrón del PC produce ROCO2Li y propileno. ROCO2Li es muy sensible a trazas de agua. Los principales productos son Li2CO3 y propileno en presencia de trazas de agua, pero no se produce Li2CO3 en condiciones secas.
Restauración de DEC:

Ein-Eli Y informó que el electrolito mezclado con carbonato de dietilo (DEC) y carbonato de dimetilo (DMC) sufrirá una reacción de intercambio en una batería lipo 2s 5600 para generar carbonato de etil metilo (EMC), lo que tiene cierto impacto en la pérdida de capacidad.
2. Reducción del electrolito
Se considera generalmente que la reacción de reducción del electrolito está involucrada en la formación de la película superficial del electrodo de carbono, por lo que su tipo y concentración afectarán el rendimiento del electrodo de carbono. En algunos casos, la reducción del electrolito contribuye a la estabilización de la superficie del carbono, lo que puede formar la capa de pasivación deseada y mejorar el rendimiento.
(3) La presencia de oxígeno en el disolvente también formará Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Debido a que la diferencia de potencial entre el litio metálico y el carbono totalmente intercalado es pequeña, la reducción del electrolito sobre el carbono es similar a la reducción sobre el litio.

Razón 3: autodescarga de la batería lipo 2s 5600

La autodescarga se refiere al fenómeno por el cual la capacidad de la batería lipo 2s 5600 se pierde naturalmente cuando no está en uso. La autodescarga de la batería lipo 2s 5600 (el siguiente artículo sobre la autodescarga de baterías lipo tiene una introducción detallada: ¡material seco sobre autodescarga de batería lipo 3s!) conduce a la pérdida de capacidad en dos casos:
Una es la pérdida reversible de capacidad;
La segunda es la pérdida de capacidad irreversible.
La pérdida reversible de capacidad significa que la capacidad perdida puede recuperarse durante la carga, mientras que la pérdida irreversible de capacidad es lo contrario. Los electrodos positivo y negativo pueden interactuar con el electrolito para una batería lipo 2s 5600 en estado cargado, resultando en la intercalación y desintercalación de iones de litio. Los iones de litio intercalados y desintercalados solo están relacionados con los iones de litio del electrolito, por lo que la capacidad de los electrodos positivo y negativo está desequilibrada, y esta parte de la pérdida de capacidad no puede recuperarse durante la carga. como:
El electrodo positivo de óxido de manganeso de litio y el solvente tendrán un efecto micro-2s 5600 lipo battery, resultando en autodescarga y pérdida irreversible de capacidad:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Las moléculas de solvente (como PC) se oxidan como electrodo negativo de la micro batería lipo 2s 5600 en la superficie del material conductor negro de carbono o colector de corriente:
xPC→xPC-radical+xe-
De manera similar, el material activo negativo puede interactuar con el electrolito para causar autodescarga y provocar pérdida irreversible de capacidad, y el electrolito (como LiPF6) se reduce en el material conductor:
PF5+xe-→PF5-x
El carburo de litio en estado cargado se oxida al eliminar iones de litio como electrodo negativo de la micro batería lipo 2s 5600:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Factores que afectan la autodescarga: el proceso de fabricación del material del electrodo positivo, el proceso de fabricación de la batería lipo 2s 5600, las propiedades del electrolito, la temperatura y el tiempo.
La tasa de autodescarga está controlada principalmente por la tasa de oxidación del solvente, por lo que la estabilidad del solvente afecta la vida útil de almacenamiento de la batería lipo 2s 5600.
La oxidación del solvente ocurre principalmente en la superficie del negro de carbono, y reducir el área superficial del negro de carbono puede controlar la tasa de autodescarga, pero para los materiales catódicos LiMn2O4, es igualmente importante reducir el área superficial de los materiales activos, y no se puede ignorar el papel de la superficie del colector de corriente en la oxidación del solvente.
La fuga de corriente a través del separador de la batería lipo 2s 5600 también puede causar autodescarga en la batería Li-ion 2s 5600 lipo, pero este proceso está limitado por la resistencia del separador, ocurre a una tasa muy baja y es independiente de la temperatura. Considerando que la tasa de autodescarga de la batería lipo 2s 5600 depende fuertemente de la temperatura, este proceso no es el mecanismo principal en la autodescarga.
Si el electrodo negativo está en un estado completamente cargado y el electrodo positivo se autodescarga, el equilibrio de capacidad en la batería lipo 2s 5600 se destruirá, resultando en una pérdida permanente de capacidad.

Durante una autodescarga prolongada o frecuente, el litio puede depositarse en el carbono, aumentando el desequilibrio de capacidad entre los electrodos.
Pistoia et al. compararon las tasas de autodescarga de tres cátodos principales de óxidos metálicos en varios electrolitos y encontraron que las tasas de autodescarga variaban con diferentes electrolitos. Se señala que los productos de oxidación por autodescarga bloquean los microporos en el material del electrodo, dificultando la intercalación y extracción de litio, aumentando la resistencia interna y reduciendo la eficiencia de descarga, lo que resulta en una pérdida irreversible de capacidad.
Para más información sobre baterías de litio, por favor haga clic abajo:
Conceptos básicos de modelado de batería lipo 2s 5600mah