La raison de la capacité de la batterie lithium 6s est une formule à comprendre !

batterie lithium 6s est la batterie secondaire à la croissance la plus rapide après les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrogène. Ses propriétés à haute énergie rendent son avenir prometteur. Cependant, la batterie lithium 6s n'est pas parfaite, et son plus grand problème est la stabilité de son cycle de charge-décharge. Cet article résume et analyse la raison possible du déclin de capacité de la batterie lithium 6s : la surcharge.

Équilibre de capacité de la batterie lithium 6s

La batterie lithium 6s 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, le rapport de capacité des deux électrodes hôtes doit maintenir une valeur équilibrée.
Dans une batterie lithium 6s, l'équilibre de capacité s'exprime par le rapport massique de l'électrode positive à l'électrode négative, à savoir : γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Dans la formule ci-dessus, C fait référence à la capacité coulombique théorique de l'électrode de batterie lithium 6s, et Δx et Δy désignent respectivement le nombre stœchiométrique d'ions lithium incorporés dans l'électrode négative et l'électrode positive de l'électrode lithium. On peut voir d'après la formule ci-dessus que le rapport massique requis des deux pôles dépend de la capacité coulombique correspondante des deux pôles et du nombre de leurs ions lithium réversibles respectifs.

Impact du déséquilibre de capacité de la batterie lithium 6s

En général, 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 performance de l'électrode de la batterie lithium 6s est la meilleure.
Pour un système idéal de batterie Li-ion, l'équilibre de capacité ne change pas pendant son cycle, et la capacité initiale à chaque cycle est une valeur donnée, mais la réalité est beaucoup 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 lithium 6s. Une fois que l'état d'équilibre de capacité de la batterie lithium 6s change, ce changement est irréversible et peut s'accumuler sur plusieurs cycles. Cela affecte gravement la performance de la batterie lithium 6s. Dans les batteries lithium 6s, en plus des réactions redox qui se produisent 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 le dépôt de lithium métallique.

Raison du déséquilibre de capacité de la batterie lithium 6s : surcharge

1. Réaction de surcharge de l'électrode négative en graphite :
Lorsque la batterie est en surcharge, les ions lithium sont facilement réduits et déposés à 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 obstruer les pores du séparateur et augmenter la résistance interne de la batterie ;

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.
Lors d'une charge rapide, la densité de courant est trop élevée, l'électrode négative est fortement polarisée, 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.

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 positive est susceptible de se produire
La perte de capacité causée par la surcharge de l'électrode positive est principalement due à la génération 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 lithium 6s scellée s'accumulera simultanément en raison de l'absence de réactions de recombinaison (comme la formation de H2O) et du 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 s'oxydera pour générer des insolubles (tels que Li2Co3) et du 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 le taux 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 haute 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. 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. 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 augmentera la polarisation de la batterie et réduira la tension de sortie de la batterie.

Ce qui précède est le contenu complet de l'équilibre de capacité de la batterie lithium 6s présenté aujourd'hui. La batterie lithium 6s a 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, les deux électrodes hôtes ont des énergies d'intercalation différentes. Le rapport de capacité doit être maintenu à une valeur équilibrée ; un rapport de masse plus petit conduit à une utilisation incomplète du matériau de l'électrode négative ; un rapport de masse plus grand peut causer un danger de sécurité dû à la surcharge de l'électrode négative. Au rapport de masse optimisé, la performance de l'électrode de la batterie lithium 6s est la meilleure ; la principale raison du déséquilibre de capacité de la batterie lithium 6s est la surcharge.
J'espère que le contenu d'aujourd'hui vous sera utile, plus d'informations seront continuellement mises à jour, à bientôt dans le prochain numéro.