6s litiumakun kapasiteetin syy on ymmärrettävä kaavana!

6s litiumakku on nopeimmin kasvava sekundääriparisto nikkelikadmium- ja nikkelivetyparistojen jälkeen. Sen korkeaenergiset ominaisuudet tekevät sen tulevaisuudesta valoisan. Kuitenkin 6s litiumakku ei ole täydellinen, ja sen suurin ongelma on sen lataus-purkaussyklin vakaus. Tämä artikkeli tiivistää ja analysoi mahdollisen syyn 6s litiumakun kapasiteetin heikkenemiseen: ylilataus.

6s litiumakun kapasiteetin tasapaino

6s litiumakulla on erilaiset interkalointienergiat, kun interkalointireaktio tapahtuu kahden elektrodin välillä, ja akun parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi kahden isäntäelektrodin kapasiteettisuhteen tulisi säilyä tasapainoisena.
6s litiumakussa kapasiteetin tasapaino ilmaistaan positiivisen elektrodin ja negatiivisen elektrodin massasuhteena, eli: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Yllä olevassa kaavassa C viittaa 6s litiumakun elektrodin teoreettiseen coulomb-kapasiteettiin, ja Δx ja Δy viittaavat litiumionien stekiometriseen määrään, jotka ovat upotettu negatiiviseen elektrodin ja positiiviseen elektrodin litiumelektrodiin. Yllä olevasta kaavasta voidaan nähdä, että kahden navan vaadittu massasuhde riippuu kyseisten napojen Coulomb-kapasiteetista ja niiden vastaavien käännettävien litiumionien määrästä.

6s litiumakun kapasiteettitasapainon vaikutus

Yleisesti ottaen pienempi massasuhde johtaa negatiivisen elektrodimateriaalin epätäydelliseen hyödyntämiseen; suurempi massasuhde voi aiheuttaa turvallisuusriskin negatiivisen elektrodin ylilatauksen vuoksi. Lyhyesti sanottuna optimoidulla massasuhteella 6s litiumakun elektrodien suorituskyky on paras.
Ihanteellisessa Li-ion-akkujärjestelmässä kapasiteettitasapaino ei muutu sen syklisten toimintojen aikana, ja jokaisen syklin alkuperäinen kapasiteetti on tietty arvo, mutta todellisuus on paljon monimutkaisempi. Mikä tahansa sivureaktio, joka voi tuottaa tai kuluttaa litiumioneja tai elektroneja, voi aiheuttaa muutoksen 6s litiumakun kapasiteettitasapainossa. Kun 6s litiumakun kapasiteettitasapainotila muuttuu, muutos on peruuttamaton ja voi kertyä useiden syklien aikana. Tämä vaikuttaa vakavasti 6s litiumakun suorituskykyyn. 6s litiumakuissa litiumionien deinterkaloinnin lisäksi tapahtuu myös lukuisia sivureaktioita, kuten elektrolyytin hajoamista, aktiivisen materiaalin liukenemista ja metallisen litiumin saostumista.

6s litiumakun kapasiteettitasapainon syy: ylilataus

1. Grafiittisen negatiivisen elektrodin ylilatausreaktio:
Kun akkua yliladataan, litiumionit pelkistyvät helposti ja saostuvat negatiivisen elektrodin pinnalle:
Saostunut litium peittää negatiivisen elektrodin pinnan, estäen litiumin interkalaation. Tämä johtaa purkaustehokkuuden heikkenemiseen ja kapasiteetin menetykseen seuraavista syistä:

① Kierrätettävän litiumin määrän väheneminen;
② Saostunut metallinen litium reagoi liuottimen tai tukielektrolyytin kanssa muodostaen Li2CO3:ta, LiF:ää tai muita tuotteita;
③ Metallinen litium muodostuu yleensä negatiivisen elektrodin ja erotinmateriaalin väliin, mikä voi tukkia erotinmateriaalin huokoset ja lisätä akun sisäistä vastusta;

④ Litiumin erittäin aktiivisen luonteen vuoksi se reagoi helposti elektrolyytin kanssa ja kuluttaa elektrolyyttiä, mikä johtaa purkaustehokkuuden heikkenemiseen ja kapasiteetin menetykseen.
Nopea lataus, virrantiheys on liian suuri, negatiivinen elektrodi on voimakkaasti polarisoitunut, ja litiumin saostuminen on selvempää. Tämä on todennäköistä, kun positiivisen elektrodin aktiivista materiaalia on liikaa suhteessa negatiiviseen aktiiviseen materiaaliin. Kuitenkin korkean latausnopeuden tapauksessa metallisen litiumin saostuminen voi tapahtua, vaikka positiivisen ja negatiivisen aktiivisen materiaalin suhde olisi normaali.

2. Positiivisen elektrodin ylilatausreaktio
Kun positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin ja negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin suhde on liian pieni, positiivinen ylilataus on todennäköinen.
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 6s-litiumakussa vapautuva happi kertyy, koska recombinaatioreaktioita (kuten H2O:n muodostumista) ei ole, 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 kaasua. Nämä liukenemattomat aineet tukkevat elektrodin mikroporat ja estävät litiumionien siirtymisen, mikä johtaa kapasiteetin menetykseen kierron aikana.
Hapettumisnopeuteen vaikuttavat tekijät:
Positiivisen elektrodimateriaalin pinta-ala
Virrankeräysmateriaalit
Lisätty johtava aine (hiilivaha jne.)
Hiilivahan tyypin ja pinta-alan vaikutus
Yleisimmin käytetyistä elektrolyyteistä EC/DMC:ta pidetään korkeimman hapettumiskestävyyden omaavana. Liuoksen elektrokemiallinen hapettumisprosessi ilmaistaan yleensä seuraavasti: liuos→hapettumistuote (kaasu, liuos ja kiinteä aine)+ne-

Minkä tahansa liuottimen hapettuminen lisää elektrolyytin konsentraatiota, vähentää elektrolyytin vakautta ja vaikuttaa lopulta akun kapasiteettiin. Oletetaan, että pieni määrä elektrolyyttiä kuluu jokaisella latauskerralla, jolloin akun kokoonpanossa tarvitaan enemmän elektrolyyttiä. Kiinteässä astiassa tämä tarkoittaa, että aktiivista ainetta ladataan vähemmän, mikä johtaa alkuperäisen kapasiteetin laskuun. Lisäksi, jos muodostuu kiinteä tuote, elektrodin pinnalle muodostuu passivoiva kalvo, joka lisää akun polarisaatiota ja alentaa akun lähtöjännitettä.

Yllä on koko tämän päivän esittelemän 6s-litiumakun kapasiteettitasapainon sisältö. 6s-litiumakulla on erilaiset interkalointienergiat, kun interkalointireaktio tapahtuu kahden elektrodin välillä, ja akun parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi kahdella isäntäelektrodilla on erilaiset interkalointienergiat. Kapasiteettisuhde tulisi pitää tasapainoisena; pienempi massasuhde johtaa negatiivisen elektrodimateriaalin vajaakäyttöön; suurempi massasuhde voi aiheuttaa turvallisuusriskin negatiivisen elektrodin ylilatauksen vuoksi. Optimoidulla massasuhteella 6s-litiumakun elektrodin suorituskyky on paras; 6s-litiumakun kapasiteetin epätasapainon pääasiallinen syy on ylilataus.
Toivon, että tämän päivän sisältö on sinulle hyödyllinen, lisätietoja päivitetään jatkuvasti, nähdään seuraavassa numerossa.