Selitä yksityiskohtaisesti syyt 2s 5600 lipo -akun kapasiteetin heikkenemiseen

2s 5600 lipo battery on nopeimmin kasvava sekundäärinen 2s 5600 lipo -paristo nikkelikadmiumin ja nikkelivetyparistojen jälkeen. Sen korkeaenergiset ominaisuudet tekevät sen tulevaisuudesta valoisan. Kuitenkin 2s 5600 lipo -paristo ei ole täydellinen, sen suurin ongelma on sen lataus-purkaussyklin vakaus.
CNHL tiivistää ja analysoi mahdollisia syitä 2s 5600 lipo -pariston kapasiteetin heikkenemiseen, mukaan lukien ylilataus, elektrolyytin hajoaminen ja itselataus.
2s 5600 lipo -paristolla on erilaiset interkalointienergiat, kun interkalointireaktio tapahtuu kahden elektrodin välillä, ja saadakseen parhaan suorituskyvyn 2s 5600 lipo -paristosta, kahden isäntäelektrodin kapasiteettisuhteen tulisi säilyttää tasapainoarvo.
2s 5600 lipo -paristossa kapasiteetin tasapaino ilmaistaan positiivisen elektrodin ja negatiivisen elektrodin massasuhteena,
Eli: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Yllä olevassa kaavassa C viittaa elektrodin teoreettiseen coulomb-kapasiteettiin, ja Δx ja Δy viittaavat negatiiviseen ja positiiviseen elektrodin litiumionien stoikiometriseen määrään. Yllä olevasta kaavasta nähdään, että kahden navan vaadittu massasuhde riippuu niiden vastaavasta coulomb-kapasiteetista ja kunkin käänteisestä litiumionimäärästä.
Yleisesti ottaen pienempi massasuhde johtaa negatiivisen elektrodimateriaalin vajaakäyttöön; suurempi massasuhde voi aiheuttaa turvallisuusvaaran negatiivisen elektrodin ylilatauksen vuoksi. Lyhyesti sanottuna optimoidulla massasuhteella 2s 5600 lipo -paristolla on paras suorituskyky.
Ihanteellisessa Li-ion2s 5600 lipo -paristojärjestelmässä kapasiteetin tasapaino ei muutu sen syklin aikana, ja kunkin syklin alkuperäinen kapasiteetti on tietty arvo, mutta todellinen tilanne on paljon monimutkaisempi. Mikä tahansa sivureaktio, joka voi tuottaa tai kuluttaa litiumioneja tai elektroneja, saattaa aiheuttaa muutoksen 2s 5600 lipo -pariston kapasiteetin tasapainossa. Kun 2s 5600 lipo -pariston kapasiteetin tasapaino muuttuu, muutos on peruuttamaton ja se voi tapahtua useiden syklien aikana kumulatiivisesti, mikä vaikuttaa vakavasti 2s 5600 lipo -pariston suorituskykyyn. 2s 5600 lipo -paristossa litiumionien deinterkaloinnin yhteydessä tapahtuvan redoksireaktion lisäksi esiintyy myös lukuisia sivureaktioita, kuten elektrolyytin hajoamista, aktiivisen materiaalin liukenemista ja metallisen litiumin talteenottoa.

Syy 1: 2s 5600 lipo -akku on yliladattu

1. Grafiittisen negatiivisen elektrodin ylilatausreaktio:
Kun 2s 5600 lipo -akku yliladataan, litiumionit pelkistyvät helposti ja talteenotetaan negatiivisen elektrodin pinnalle:
Talteenotettu litium peittää negatiivisen elektrodin pinnan, estäen litiumin interkalaation. Tämä johtaa purkaustehon heikkenemiseen ja kapasiteetin menetykseen seuraavista syistä:
① Kierrätettävän litiumin määrän väheneminen;
② Talteenotettu metallilitium reagoi liuottimen tai tukielektrolyytin kanssa muodostaen Li2CO3:ta, LiF:ää tai muita yhdisteitä;
③ Metallinen litium muodostuu yleensä negatiivisen elektrodin ja erotinmateriaalin väliin, mikä voi tukkia erotinmateriaalin huokoset ja lisätä 2s 5600 lipo -akun sisäistä vastusta;
④ Litiumin erittäin aktiivisen luonteen vuoksi se reagoi helposti elektrolyytin kanssa ja kuluttaa sitä, mikä johtaa purkaustehokkuuden heikkenemiseen ja kapasiteetin menetykseen.
Nopea lataus, virrantiheys on liian suuri, negatiivinen elektrodi polarisoituu voimakkaasti ja litiumin talteenotto on selvempää. Tämä tapahtuu todennäköisesti, kun positiivisen elektrodin aktiivista materiaalia on liikaa suhteessa negatiiviseen. Kuitenkin korkealla latausnopeudella metallisen litiumin talteenotto voi tapahtua, vaikka positiivisen ja negatiivisen aktiivisen materiaalin suhde olisi normaali.
Litiumakkujen ylilatauksesta lisätietoja löytyy seuraavasta: Lipo-akun 4s lataus- ja purkuperiaate, muista säilyttää se hyvin!
2. Positiivisen elektrodin ylilatausreaktio
Kun positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin ja negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin suhde on liian pieni, positiivisen elektrodin ylilataus on todennäköistä.
Positiivisen elektrodin ylilatauksesta johtuva kapasiteetin menetys johtuu pääasiassa elektrokemiallisesti inerttien aineiden (kuten [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 jne.) muodostumisesta, jotka tuhoavat elektrodien kapasiteettitasapainon, ja kapasiteetin menetys on peruuttamaton.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Samaan aikaan positiivisen elektrodimateriaalin hajoamisesta suljetussa 2s 5600 lipo -akussa syntyvä happi kertyy, koska recombinaatioreaktiota (kuten H2O:n muodostumista) ei tapahdu, ja elektrolyytin hajoamisesta syntyvä helposti syttyvä kaasu aiheuttaa arvaamattomia seurauksia.
(2) λ-MnO2
Litium-mangaani-reaktio tapahtuu, kun litium-mangaanioksidi on täysin delitioitu: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolyytti hapettuu ylilatauksen aikana
Kun paine on yli 4,5 V, elektrolyytti hapettuu muodostaen liukenemattomia aineita (kuten Li2Co3) ja kaasuja. Nämä liukenemattomat aineet tukkevat elektrodin mikroporat ja estävät litiumionien siirtymisen, mikä johtaa kapasiteetin menetykseen syklisten latausten aikana.
Hapettumisnopeuteen vaikuttavat tekijät:
Positiivielektrodin materiaalin pinta-ala
Virrankerääjän materiaali
Lisätty johtava aine (hiilihiukkanen jne.)
Hiilihiukkasen tyyppi ja pinta-ala
Yleisimmin käytetyistä elektrolyyteistä EC/DMC:ta pidetään korkeimman hapettumiskestävyyden omaavana. Liuoksen elektrokemiallinen hapettumisprosessi ilmaistaan yleensä muodossa: liuos→hapettumistuote (kaasu, liuos ja kiinteä aine)+ne-
Minkä tahansa liuottimen hapettuminen lisää elektrolyytin konsentraatiota, vähentää elektrolyytin stabiilisuutta ja lopulta vaikuttaa 2s 5600 lipo -akun kapasiteettiin. Oletetaan, että pieni määrä elektrolyyttiä kuluu jokaisella latauksella, jolloin 2s 5600 lipo -akun kokoonpanossa tarvitaan enemmän elektrolyyttiä. Kiinteälle säiliölle tämä tarkoittaa, että aktiivista ainetta ladataan vähemmän, mikä johtaa alkuperäisen kapasiteetin laskuun. Lisäksi, jos muodostuu kiinteä tuote, elektrodin pinnalle muodostuu passivointikalvo, mikä aiheuttaa 2s 5600 lipo -akun polarisaation kasvun ja vähentää akun lähtöjännitettä.

Syy 2: 2s 5600 lipo -akun elektrolyytin hajoaminen (pelkistyminen)

Hajoan elektrodilla
1. Elektrolyytti hajoaa positiivielektrodilla:
Elektrolyytti koostuu liuottimesta ja tukielektrolyytistä. Positiivielektrodin hajoamisen jälkeen muodostuu yleensä liukenemattomia tuotteita, kuten Li2Co3 ja LiF, jotka vähentävät 2s 5600 lipo -akun kapasiteettia tukkiessaan elektrodin huokosia. Elektrolyytin pelkistysreaktio vaikuttaa 2s 5600 lipo -akun kapasiteettiin ja sykliseen kestoon. Se aiheuttaa haittavaikutuksia, ja pelkistämisen tuottama kaasu lisää 2s 5600 lipo -akun sisäistä painetta, mikä johtaa turvallisuusongelmiin.
Positiivielektrodin hajoamisjännite on yleensä yli 4,5 V (vs. Li/Li+), joten ne eivät helposti hajoa positiivielektrodilla. Päinvastoin, elektrolyytti hajoaa helpommin negatiivielektrodilla.
Seuraavassa artikkelissa litiumakun elektrolyytistä on yksityiskohtainen esittely, ja kiinnostuneet kumppanit voivat viitata siihen:
Cnhl 6s lipo -akun elektrolyytti, käytännön toiminto ja klassinen järjestelmän rakentaminen
2. Elektrolyytti hajoaa negatiivielektrodilla:
Elektrolyytti ei ole stabiili grafiitin ja muiden litiumilla täytettyjen hiili-anodien päällä, ja se reagoi helposti muodostaen peruuttamattoman kapasiteetin. Alkuperäisen latauksen ja purkauksen aikana elektrolyytin hajoaminen muodostaa passivointikalvon elektrodin pinnalle, ja passivointikalvo voi erottaa elektrolyytin hiili-negatiivielektrodista estäen elektrolyytin jatkohajoamisen. Näin hiili-anodin rakenteellinen stabiilisuus säilyy. Ihanteellisissa olosuhteissa elektrolyytin pelkistyminen rajoittuu passivointikalvon muodostumisvaiheeseen, eikä tätä prosessia tapahdu, kun sykli on vakaa.
Passivointikalvon muodostuminen
Elektrolyyttisuolojen pelkistyminen osallistuu passivointikalvon muodostumiseen, mikä edistää passivointikalvon stabilointia, mutta
(1) Pelkistymisen tuottama liukenematon aine vaikuttaa haitallisesti liuottimen pelkistystuotteeseen;
(2) Elektrolyytin konsentraatio laskee elektrolyyttisuolan vähetessä, mikä lopulta johtaa 2s 5600 lipo -akun kapasiteetin menetykseen (LiPF6 pelkistyy muodostaen LiF:ää, LixPF5-x:ää, PF3O:ta ja PF3:ta);
(3) Passivointikalvon muodostuminen kuluttaa litiumioneja, mikä aiheuttaa kapasiteettitasapainon heikkenemisen kahden elektrodin välillä ja vähentää koko 2s 5600 lipo -akun spesifistä kapasiteettia.
(4) Jos passivointikalvossa on halkeamia, liuotinmolekyylit voivat tunkeutua ja paksuntaa passivointikalvoa, mikä ei ainoastaan kuluta enemmän litiumia, vaan voi myös tukkia hiilen pinnan mikroporat, estäen litiumin sisään- ja ulosliikkumisen, mikä johtaa peruuttamattomaan kapasiteetin menetykseen. Lisäämällä elektrolyyttiin joitakin epäorgaanisia lisäaineita, kuten CO2, N2O, CO, SO2 jne., voidaan nopeuttaa passivointikalvon muodostumista ja estää liuottimen yhteisinkertaantumista ja hajoamista. Kruunueteeriorgaanisten lisäaineiden lisäämisellä on sama vaikutus. 12-kruunut ja 4-eteerit ovat parhaita.
Kalvokapasiteetin häviön tekijät:
(1) Prosessissa käytetty hiilen tyyppi;
(2) Elektrolyytin koostumus;
(3) Elektrodi- tai elektrolyyttilisäaineet.
Blyr uskoo, että ioninvaihtoreaktio etenee aktiivisen materiaalihiukkasen pinnalta sen ytimeen, uusi muodostuva faasi hautaa alkuperäisen aktiivisen materiaalin, ja hiukkasen pinnalle muodostuu passiivinen kalvo, jolla on alhainen ioninen ja elektroninen johtavuus, joten varastoinnin jälkeinen spinelli on voimakkaammin polarisoitunut kuin ennen varastointia.
Zhang havaitsi, että pintapassivointikerroksen vastus kasvoi ja rajapintakapasitanssi väheni syklien määrän kasvaessa. Tämä heijastaa sitä, että passivointikerroksen paksuus kasvaa syklien määrän myötä. Mangaanin liukeneminen ja elektrolyytin hajoaminen johtavat passivointikalvojen muodostumiseen, ja korkeat lämpötilat edistävät näiden reaktioiden etenemistä. Tämä lisää aktiivisen materiaalin hiukkasten välistä kontaktivastusta ja Li+ -ionien siirtymisvastusta, mikä puolestaan lisää 2s 5600 lipo -akun polarisaatiota, aiheuttaa epätäydellisen latauksen ja purkauksen sekä kapasiteetin heikkenemisen.

II Elektrolyytin pelkistysmekanismi
Elektrolyytti sisältää usein happea, vettä, hiilidioksidia ja muita epäpuhtauksia, ja redoksireaktioita tapahtuu 2s 5600 lipo -akun lataus- ja purkuprosessin aikana.
Elektrolyytin pelkistysmekanismi sisältää kolme osa-aluetta: liuottimen pelkistyminen, elektrolyytin pelkistyminen ja epäpuhtauksien pelkistyminen:
1. Liuottimen pelkistyminen
PC:n ja EC:n pelkistyminen sisältää yksisähköisen ja kaksisähköisen reaktioprosessin, ja kaksisähköinen reaktio muodostaa Li2CO3:n:
Fong et al. uskoivat, että ensimmäisen purkautumisprosessin aikana, kun elektrodipotentiaali oli lähellä 0,8 V (vs. Li/Li+), PC/EC:n elektrolyyttinen reaktio tapahtui grafiitilla muodostaen CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) ja LiCO3(s), mikä johti peruuttamattomaan kapasiteetin menetykseen grafiittielektrodeilla.
Aurbach et al. tekivät laajaa tutkimusta erilaisten elektrolyyttien pelkistysmekanismeista ja tuotteista litium-metallielektrodeilla ja hiilipohjaisilla elektrodeilla, ja havaitsivat, että PC:n yksisähköinen reaktiomekanismi tuottaa ROCO2Li:ta ja propyleeniä. ROCO2Li on hyvin herkkä vesijäämille. Pääasialliset tuotteet ovat Li2CO3 ja propyleeni vesijäämien läsnä ollessa, mutta kuivissa olosuhteissa Li2CO3:ta ei muodostu.
DEC:n palautus:

Ein-Eli Y raportoi, että dietyylikarbonaatin (DEC) ja dimetyylikarbonaatin (DMC) sekoitettu elektrolyytti käy läpi vaihtoreaktion 2s 5600 lipo batteryssä muodostaen etyylimetylikarbonaattia (EMC), mikä vaikuttaa jonkin verran kapasiteetin menetykseen.
2. Elektrolyytin pelkistyminen
Elektrolyytin pelkistysreaktion ajatellaan yleisesti osallistuvan hiilielektrodin pintakalvon muodostumiseen, joten sen tyyppi ja pitoisuus vaikuttavat hiilielektrodin suorituskykyyn. Joissakin tapauksissa elektrolyytin pelkistyminen edistää hiilipinnan stabilointia, mikä voi muodostaa halutun passivointikerroksen suorituskyvyn.
(3) Liuottimessa olevan hapen läsnäolo muodostaa myös Li2O:ta
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Koska metallisen litiumin ja täysin interkaloidun hiilen välillä on pieni potentiaaliero, elektrolyytin pelkistyminen hiilellä on samanlaista kuin pelkistyminen litiumilla.

Syy 3: 2s 5600 lipo battery itselataus

Itselataus tarkoittaa ilmiötä, jossa 2s 5600 lipo battery kapasiteetti menetetään luonnollisesti, kun sitä ei käytetä. 2s 5600 lipo battery itselataus (seuraavassa artikkelissa lipo-akun itselatauksesta on yksityiskohtainen esittely: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) johtaa kapasiteetin menetykseen kahdessa tapauksessa:
Yksi on käänteinen kapasiteetin menetys;
Toinen on peruuttamattoman kapasiteetin menetys.
Käänteinen kapasiteetin menetys tarkoittaa, että menetetty kapasiteetti voidaan palauttaa latauksen aikana, kun taas peruuttamaton kapasiteetin menetys on päinvastainen. Positiiviset ja negatiiviset elektrodith voivat olla vuorovaikutuksessa elektrolyytin kanssa micro-2s 5600 lipo battery lataustilassa, mikä johtaa litiumionien interkalointiin ja deinterkalointiin. Interkaloidut ja deinterkaloidut litiumionit liittyvät vain elektrolyytin litiumioneihin, joten positiivisten ja negatiivisten elektrodien kapasiteetti on epätasapainossa, eikä tätä osaa kapasiteetin menetyksestä voida palauttaa latauksen aikana. kuten:
Litium-mangaanioksidi positiivisena elektrodina ja liuotin aiheuttavat mikro-2s 5600 lipo akun vaikutuksen, mikä johtaa itsepurkautumiseen ja peruuttamattomaan kapasiteetin menetykseen:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Liuotinmolekyylit (kuten PC) hapettuvat mikro 2s 5600 lipo akun negatiivisena elektrodina johtavan materiaalin hiilivahan tai virtakeräimen pinnalla:
xPC→xPC-radikaali+xe-
Samoin negatiivinen aktiivimateriaali voi reagoida elektrolyytin kanssa aiheuttaen itsepurkautumista ja peruuttamatonta kapasiteetin menetystä, ja elektrolyytti (kuten LiPF6) pelkistyy johtavalla materiaalilla:
PF5+xe-→PF5-x
Ladatussa tilassa oleva litiumkarbidi hapettuu poistamalla litiumioneja mikro 2s 5600 lipo akun negatiivisena elektrodina:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Itsepurkautumiseen vaikuttavat tekijät: positiivisen elektrodimateriaalin valmistusprosessi, 2s 5600 lipo akun valmistusprosessi, elektrolyytin ominaisuudet, lämpötila ja aika.
Itsepurkautumisnopeutta säätelee pääasiassa liuottimen hapettumisnopeus, joten liuottimen stabiilisuus vaikuttaa 2s 5600 lipo akun varastointiaikaan.
Liukoisen aineen hapettuminen tapahtuu pääasiassa hiilivahan pinnalla, ja hiilivahan pinta-alan pienentäminen voi hallita itsepurkautumisnopeutta, mutta LiMn2O4 katodimateriaalien kohdalla on yhtä tärkeää pienentää aktiivisten materiaalien pinta-alaa, eikä virtakeräimen pinnan roolia liuottimen hapettumisessa voi sivuuttaa.
Virran vuoto 2s 5600 lipo akun erottimen läpi voi myös aiheuttaa itsepurkautumista Li-ion 2s 5600 lipo akussa, mutta tätä prosessia rajoittaa erottimen vastus, se tapahtuu hyvin hitaasti eikä ole riippuvainen lämpötilasta. Koska 2s 5600 lipo akun itsepurkautumisnopeus on voimakkaasti lämpötilariippuvainen, tämä prosessi ei ole pääasiallinen mekanismi itsepurkautumisessa.
Jos negatiivinen elektrodi on täysin ladatussa tilassa ja positiivinen elektrodi itsepurkautuu, kapasiteettitasapaino 2s 5600 lipo akussa tuhoutuu, mikä johtaa pysyvään kapasiteetin menetykseen.

Pitkään tai usein jatkuvan itsepurkautumisen aikana litium voi kerrostua hiileen, mikä lisää kapasiteettien epätasapainoa elektrodien välillä.
Pistoia et al. vertailivat kolmen päämetallioksidikatodin itsepurkautumisnopeuksia eri elektrolyyteissä ja havaitsivat, että itsepurkautumisnopeudet vaihtelivat elektrolyyttien mukaan. On todettu, että itsepurkautuneet hapetusproduktit tukkeavat elektrodimateriaalin mikroporat, mikä vaikeuttaa litiumin interkalointia ja poistoa, lisää sisäistä vastusta ja vähentää purkaustehokkuutta, mikä johtaa peruuttamattomaan kapasiteetin menetykseen.
Lisätietoja litiumakuista saat napsauttamalla alla:
5600mah 2s lipo akun mallintamisen perusteet