Expliquez en détail les raisons de la dégradation de la capacité de la batterie lipo 2s 5600

2s 5600 lipo battery est la batterie secondaire 2s 5600 à la croissance la plus rapide après les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrogène 2s 5600. Ses propriétés à haute énergie lui promettent un avenir brillant. Cependant, la batterie lipo 2s 5600 n'est pas parfaite, son plus grand problème est la stabilité de son cycle de charge-décharge.
CNHL résume et analyse les raisons possibles du déclin de capacité de la batterie lipo 2s 5600, notamment la surcharge, la décomposition de l'électrolyte et l'auto-décharge.
La batterie lipo 2s 5600 présente différentes énergies d'intercalation lorsque la réaction d'intercalation se produit entre les deux électrodes, et afin d'obtenir les meilleures performances de la batterie lipo 2s 5600, le rapport de capacité des deux électrodes hôtes doit maintenir une valeur d'équilibre.
Dans la batterie lipo 2s 5600, l'équilibre de capacité s'exprime comme le rapport de masse de l'électrode positive à l'électrode négative,
C'est-à-dire : γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Dans la formule ci-dessus, C fait référence à la capacité coulombique théorique de l'électrode, et Δx et Δy désignent respectivement le nombre stœchiométrique d'ions lithium insérés dans l'électrode négative et l'électrode positive. Il ressort de la formule ci-dessus que le rapport de masse requis des deux pôles dépend de la capacité coulombique correspondante des deux pôles et du nombre de leurs ions lithium réversibles respectifs.
De manière générale, un rapport de masse plus faible conduit à une utilisation incomplète du matériau de l'électrode négative ; un rapport de masse plus élevé peut provoquer un risque de sécurité dû à la surcharge de l'électrode négative. En résumé, au rapport de masse optimisé, la batterie lipo 2s 5600 offre les meilleures performances.
Pour un système idéal de batterie Li-ion 2s 5600 lipo, l'équilibre de capacité ne change pas pendant son cycle, et la capacité initiale à chaque cycle est une certaine valeur, mais la situation réelle est bien plus compliquée. Toute réaction secondaire pouvant générer ou consommer des ions lithium ou des électrons peut provoquer un changement dans l'équilibre de capacité de la batterie lipo 2s 5600. Une fois que l'équilibre de capacité de la batterie lipo 2s 5600 est modifié, ce changement est irréversible et peut s'accumuler sur plusieurs cycles, ce qui a un impact sérieux sur la performance de la batterie lipo 2s 5600. Dans la batterie lipo 2s 5600, en plus de la réaction rédox qui se produit lors de la désintercalation des ions lithium, il existe également un grand nombre de réactions secondaires, telles que la décomposition de l'électrolyte, la dissolution du matériau actif et la déposition de lithium métallique.

Raison 1 : la batterie lipo 2s 5600 est surchargée

1. Réaction de surcharge de l'électrode négative en graphite :
Lorsque la batterie lipo 2s 5600 est surchargée, les ions lithium sont facilement réduits et déposés sur la surface de l'électrode négative :
Le lithium déposé recouvre la surface de l'électrode négative, bloquant l'intercalation du lithium. Cela entraîne une réduction de l'efficacité de décharge et une perte de capacité due à :
① Réduire la quantité de lithium recyclable ;
② Le lithium métallique déposé réagit avec le solvant ou l'électrolyte support pour former Li2CO3, LiF ou d'autres produits ;
③ Le lithium métallique se forme généralement entre l'électrode négative et le séparateur, ce qui peut bloquer les pores du séparateur et augmenter la résistance interne de la batterie lipo 2s 5600 ;
④ En raison de la nature très réactive du lithium, il réagit facilement avec l'électrolyte et le consomme, ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de décharge et une perte de capacité.
La charge rapide, avec une densité de courant trop élevée, polarise fortement l'électrode négative, et le dépôt de lithium sera plus évident. Cela est susceptible de se produire lorsque le matériau actif de l'électrode positive est excessif par rapport à celui de l'électrode négative. Cependant, en cas de taux de charge élevé, un dépôt de lithium métallique peut se produire même si le rapport des matériaux actifs positifs et négatifs est normal.
Pour la surcharge des batteries lithium, veuillez vous référer à ce qui suit : Principe de charge et décharge de la batterie Lipo 4s, assurez-vous de bien la stocker !
2. Réaction de surcharge de l'électrode positive
Lorsque le rapport entre le matériau actif de l'électrode positive et celui de l'électrode négative est trop faible, une surcharge de l'électrode positive est susceptible de se produire.
La perte de capacité causée par la surcharge de l'électrode positive est principalement due à la formation de substances électrochimiquement inertes (telles que Co3O4, Mn2O3, etc.), qui détruisent l'équilibre de capacité entre les électrodes, et la perte de capacité est irréversible.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0,4
En même temps, l'oxygène généré par la décomposition du matériau de l'électrode positive dans la batterie lipo 2s 5600 scellée s'accumule car il n'y a pas de réaction de recombinaison (comme la formation de H2O) et le gaz inflammable généré par la décomposition de l'électrolyte, et les conséquences seront inimaginables.
(2) λ-MnO2
La réaction lithium-manganèse se produit lorsque l'oxyde de lithium-manganèse est complètement délithié : λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. L'électrolyte est oxydé en cas de surcharge
Lorsque la pression est supérieure à 4,5 V, l'électrolyte sera oxydé pour générer des insolubles (tels que Li2Co3) et des gaz. Ces insolubles bloqueront les micropores de l'électrode et entraveront la migration des ions lithium, entraînant une perte de capacité lors du cyclage.
Facteurs qui affectent la vitesse d'oxydation :
La surface du matériau de l'électrode positive
Matériau du collecteur de courant
Agent conducteur ajouté (noir de carbone, etc.)
Le type et la surface du noir de carbone
Parmi les électrolytes les plus couramment utilisés, EC/DMC est considéré comme ayant la plus grande résistance à l'oxydation. Le processus d'oxydation électrochimique de la solution est généralement exprimé comme : solution→produit d'oxydation (gaz, solution et matière solide)+ne-
L'oxydation de tout solvant augmentera la concentration de l'électrolyte, diminuera la stabilité de l'électrolyte, et affectera finalement la capacité de la batterie lipo 2s 5600. En supposant qu'une petite quantité d'électrolyte soit consommée à chaque charge, plus d'électrolyte est nécessaire lors de l'assemblage de la batterie lipo 2s 5600. Pour un contenant constant, cela signifie qu'une plus petite quantité de substance active est chargée, ce qui entraîne une diminution de la capacité initiale. De plus, si un produit solide est produit, un film de passivation se formera à la surface de l'électrode, ce qui provoquera une augmentation de la polarisation de la batterie lipo 2s 5600 et réduira la tension de sortie de la batterie lipo 2s 5600.

Raison 2 : décomposition de l'électrolyte de la batterie lipo 2s 5600 (réduction)

Je me décompose sur l'électrode
1. L'électrolyte est décomposé sur l'électrode positive :
L'électrolyte est composé d'un solvant et d'un électrolyte support. Après la décomposition de l'électrode positive, des produits insolubles tels que Li2Co3 et LiF se forment généralement, ce qui réduit la capacité de la batterie lipo 2s 5600 en bloquant les pores de l'électrode. La réaction de réduction de l'électrolyte affectera la capacité et la durée de vie en cycle de la batterie lipo 2s 5600. Elle a des effets néfastes, et le gaz généré par la réduction augmentera la pression interne de la batterie lipo 2s 5600, entraînant des problèmes de sécurité.
La tension de décomposition de l'électrode positive est généralement supérieure à 4,5 V (vs. Li/Li+), donc ils ne se décomposent pas facilement sur l'électrode positive. Au contraire, l'électrolyte se décompose plus facilement à l'électrode négative.
L'article suivant sur l'électrolyte de batterie lithium contient une introduction détaillée, et les partenaires intéressés peuvent s'y référer :
Électrolyte de batterie lipo Cnhl 6s, fonction pratique et construction classique du système
2. L'électrolyte est décomposé sur l'électrode négative :
L'électrolyte n'est pas stable sur le graphite et d'autres anodes en carbone insérées au lithium, et il réagit facilement pour générer une capacité irréversible. Lors de la charge et décharge initiales, la décomposition de l'électrolyte forme un film de passivation à la surface de l'électrode, et ce film de passivation peut séparer l'électrolyte de l'électrode négative en carbone pour empêcher une décomposition supplémentaire de l'électrolyte. Ainsi, la stabilité structurelle de l'anode en carbone est maintenue. Dans des conditions idéales, la réduction de l'électrolyte est limitée à la phase de formation du film de passivation, et ce processus ne se produit pas lorsque le cycle est stable.
Formation du film de passivation
La réduction des sels d'électrolyte participe à la formation du film de passivation, ce qui est bénéfique à la stabilisation du film de passivation, mais
(1) La matière insoluble produite par la réduction aura un effet négatif sur le produit de réduction du solvant ;
(2) La concentration de l'électrolyte diminue lorsque le sel d'électrolyte est réduit, ce qui conduit finalement à la perte de capacité de la batterie 2s 5600 lipo (LiPF6 est réduit pour former LiF, LixPF5-x, PF3O et PF3) ;
(3) La formation du film de passivation consomme des ions lithium, ce qui provoque un déséquilibre de capacité entre les deux électrodes et réduit la capacité spécifique de l'ensemble de la batterie 2s 5600 lipo.
(4) S'il y a des fissures sur le film de passivation, les molécules de solvant peuvent pénétrer et épaissir le film de passivation, ce qui non seulement consomme plus de lithium, mais peut aussi bloquer les micropores à la surface du carbone, entraînant l'impossibilité d'insérer et d'extraire le lithium, ce qui entraîne une perte de capacité irréversible. L'ajout de certains additifs inorganiques à l'électrolyte, tels que CO2, N2O, CO, SO2, etc., peut accélérer la formation du film de passivation et inhiber la co-insertion et la décomposition du solvant. L'ajout d'additifs organiques couronnes éthers a également le même effet. 12 couronnes et 4 éthers sont les meilleurs.
Facteurs de perte de capacité du film :
(1) Le type de carbone utilisé dans le processus ;
(2) Composition de l'électrolyte ;
(3) Additifs dans les électrodes ou les électrolytes.
Blyr estime que la réaction d'échange ionique progresse de la surface de la particule de matériau actif vers son noyau, la nouvelle phase formée enterre le matériau actif d'origine, et un film passif à faible conductivité ionique et électronique se forme à la surface de la particule, de sorte que le spinelle après stockage présente une polarisation plus grande qu'avant stockage.
Zhang a constaté que la résistance de la couche de passivation de surface augmentait et que la capacité interfaciale diminuait avec l'augmentation du nombre de cycles. Cela reflète que l'épaisseur de la couche de passivation augmente avec le nombre de cycles. La dissolution du manganèse et la décomposition de l'électrolyte conduisent à la formation de films de passivation, et des conditions de haute température favorisent davantage la progression de ces réactions. Cela augmentera la résistance de contact entre les particules de matériau actif et la résistance à la migration des Li+, augmentant ainsi la polarisation de la batterie 2s 5600 lipo, la charge et la décharge incomplètes, et la capacité réduite.

II Mécanisme de réduction de l'électrolyte
L'électrolyte contient souvent de l'oxygène, de l'eau, du dioxyde de carbone et d'autres impuretés, et des réactions rédox se produisent lors du processus de charge et de décharge de la batterie 2s 5600 lipo.
Le mécanisme de réduction de l'électrolyte comprend trois aspects : réduction du solvant, réduction de l'électrolyte et réduction des impuretés :
1. Réduction du solvant
La réduction de PC et EC comprend un processus de réaction à un électron et un processus de réaction à deux électrons, et la réaction à deux électrons forme Li2CO3 :
Fong et al. ont estimé que lors du premier processus de décharge, lorsque le potentiel de l'électrode était proche de 0,8 V (vs. Li/Li+), la réaction électrochimique de PC/EC s'est produite sur le graphite pour générer CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) et LiCO3(s), entraînant une perte de capacité irréversible sur les électrodes en graphite.
Aurbach et al. ont mené des recherches approfondies sur le mécanisme de réduction et les produits de divers électrolytes sur des électrodes en lithium métallique et des électrodes à base de carbone, et ont découvert que le mécanisme de réaction à un électron du PC produit ROCO2Li et du propylène. ROCO2Li est très sensible à la trace d'eau. Les principaux produits sont Li2CO3 et propylène en présence de trace d'eau, mais aucun Li2CO3 n'est produit en conditions sèches.
Restauration de DEC :

Ein-Eli Y a rapporté que l'électrolyte mélangé avec du carbonate de diéthyle (DEC) et du carbonate de diméthyle (DMC) subira une réaction d'échange dans une batterie lipo 2s 5600 pour générer du carbonate éthyl-méthyl (EMC), ce qui a un certain impact sur la perte de capacité.
2. Réduction de l'électrolyte
La réaction de réduction de l'électrolyte est généralement considérée comme impliquée dans la formation du film de surface de l'électrode en carbone, donc son type et sa concentration affecteront la performance de l'électrode en carbone. Dans certains cas, la réduction de l'électrolyte contribue à la stabilisation de la surface du carbone, ce qui peut former la couche de passivation souhaitée y performance.
(3) La présence d'oxygène dans le solvant formera également du Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Parce que la différence de potentiel entre le lithium métallique et le carbone entièrement intercalé est faible, la réduction de l'électrolyte sur le carbone est similaire à la réduction sur le lithium.

Raison 3 : auto-décharge de la batterie lipo 2s 5600

L'auto-décharge fait référence au phénomène selon lequel la capacité de la batterie lipo 2s 5600 est naturellement perdue lorsqu'elle n'est pas utilisée. L'auto-décharge de la batterie lipo 2s 5600 (l'article suivant sur l'auto-décharge des batteries lipo contient une introduction détaillée : lipo battery 3s self-discharge dry goods!) entraîne une perte de capacité dans deux cas :
L'une est la perte de capacité réversible ;
La seconde est la perte de capacité irréversible.
La perte de capacité réversible signifie que la capacité perdue peut être récupérée lors de la charge, tandis que la perte de capacité irréversible est l'inverse. Les électrodes positive et négative peuvent interagir avec l'électrolyte pour une batterie lipo 2s 5600 dans l'état chargé, entraînant l'intercalation et la désintercalation des ions lithium. Les ions lithium intercalés et désintercalés ne sont liés qu'aux ions lithium de l'électrolyte, de sorte que la capacité des électrodes positive et négative est déséquilibrée, et cette partie de la perte de capacité ne peut pas être récupérée lors de la charge. comme :
Le cathode en oxyde de manganèse au lithium et le solvant auront un effet micro-2s 5600 lipo, entraînant une autodécharge et une perte de capacité irréversible :
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Les molécules de solvant (comme PC) sont oxydées en tant qu'électrode négative micro 2s 5600 lipo sur la surface du noir de carbone conducteur ou du collecteur de courant :
xPC→xPC-radical+xe-
De même, le matériau actif négatif peut interagir avec l'électrolyte pour provoquer une autodécharge et entraîner une perte de capacité irréversible, et l'électrolyte (tel que LiPF6) est réduit sur le matériau conducteur :
PF5+xe-→PF5-x
Le carbure de lithium à l'état chargé est oxydé en retirant des ions lithium en tant qu'électrode négative de la micro batterie lipo 2s 5600 :
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Facteurs affectant l'autodécharge : le processus de fabrication du matériau de l'électrode positive, le processus de fabrication de la batterie lipo 2s 5600, les propriétés de l'électrolyte, la température et le temps.
Le taux d'autodécharge est principalement contrôlé par le taux d'oxydation du solvant, donc la stabilité du solvant affecte la durée de vie de stockage de la batterie lipo 2s 5600.
L'oxydation du solvant se produit principalement à la surface du noir de carbone, et réduire la surface du noir de carbone peut contrôler le taux d'autodécharge, mais pour les matériaux cathodiques LiMn2O4, il est tout aussi important de réduire la surface des matériaux actifs, et le rôle de la surface du collecteur de courant sur l'oxydation du solvant ne peut être ignoré.
La fuite de courant à travers le séparateur de la batterie lipo 2s 5600 peut également provoquer une autodécharge dans la batterie Li-ion 2s 5600 lipo, mais ce processus est limité par la résistance du séparateur, se produit à un taux très faible et est indépendant de la température. Étant donné que le taux d'autodécharge de la batterie lipo 2s 5600 dépend fortement de la température, ce processus n'est pas le principal mécanisme d'autodécharge.
Si l'électrode négative est dans un état complètement chargé et que l'électrode positive s'autodécharge, l'équilibre de capacité dans la batterie lipo 2s 5600 sera détruit, entraînant une perte de capacité permanente.

Lors d'une autodécharge prolongée ou fréquente, le lithium peut se déposer sur le carbone, augmentant le déséquilibre de capacité entre les électrodes.
Pistoia et al. ont comparé les taux d'autodécharge de trois principaux cathodes en oxyde métallique dans divers électrolytes et ont constaté que les taux d'autodécharge variaient selon les électrolytes. Il est souligné que les produits d'oxydation autodéchargés bloquent les micropores sur le matériau de l'électrode, rendant l'intercalation et l'extraction du lithium difficiles, augmentant la résistance interne et réduisant l'efficacité de décharge, entraînant une perte de capacité irréversible.
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Bases de modélisation de la batterie lipo 2s 5600mah