הסבר בפירוט את הסיבות לירידת הקיבולת של סוללת ליפו 2s 5600

2s 5600 lipo battery היא סוללת 2s 5600 lipo משנית הצומחת במהירות לאחר סוללות ניקל קדמיום וניקל מימן 2s 5600 lipo. התכונות האנרגטיות הגבוהות שלה מעניקות לה עתיד מבטיח. עם זאת, סוללת 2s 5600 lipo אינה מושלמת, הבעיה הגדולה ביותר שלה היא היציבות של מחזור הטעינה-פריקה שלה.
CNHL מסכמת ומנתחת את הסיבות האפשריות לירידת הקיבולת של סוללת 2s 5600 lipo, כולל טעינה יתר, פירוק אלקטרוליט ופריקה עצמית.
לסוללת 2s 5600 lipo יש אנרגיות אינטרקלציה שונות כאשר מתרחשת תגובת האינטרקלציה בין שתי האלקטרודות, וכדי לקבל את הביצועים הטובים ביותר של סוללת 2s 5600 lipo, יחס הקיבולת של שתי האלקטרודות המארחות צריך לשמור על ערך מאוזן.
בסוללת 2s 5600 lipo, איזון הקיבולת מבוטא כיחס המסה של האלקטרודה החיובית לאלקטרודה השלילית,
כלומר: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
בנוסחה שלמעלה, C מתייחס לקיבולת הקולומבית התיאורטית של האלקטרודה, ו-Δx ו-Δy מתייחסים למספר הסטוכיומטרי של יוני הליתיום החודרים לאלקטרודה השלילית והאלקטרודה החיובית, בהתאמה. ניתן לראות מהנוסחה שלמעלה כי יחס המסה הנדרש של שני הקטבים תלוי בקיבולת הקולומבית המתאימה של שני הקטבים ובמספר יוני הליתיום ההפיכים שלהם.
באופן כללי, יחס מסה קטן יותר מוביל לשימוש לא מלא בחומר האלקטרודה השלילית; יחס מסה גדול יותר עלול לגרום לסיכון בטיחותי עקב טעינה יתר של האלקטרודה השלילית. בקיצור, ביחס המסה האופטימלי, לסוללת 2s 5600 lipo יש את הביצועים הטובים ביותר.
עבור מערכת סוללת Li-ion2s 5600 lipo אידיאלית, איזון הקיבולת אינו משתנה במהלך המחזור שלה, והקיבולת ההתחלתית בכל מחזור היא ערך מסוים, אך המצב בפועל הרבה יותר מורכב. כל תגובה צדדית שיכולה לייצר או לצרוך יוני ליתיום או אלקטרונים עלולה לגרום לשינוי באיזון הקיבולת של סוללת 2s 5600 lipo. ברגע שאיזון הקיבולת של סוללת 2s 5600 lipo משתנה, השינוי הוא בלתי הפיך ויכול להצטבר לאורך מחזורים מרובים, ויש לו השפעה חמורה על ביצועי סוללת 2s 5600 lipo. בסוללת 2s 5600 lipo, בנוסף לתגובת החמצון-חיזור שמתרחשת כאשר יוני ליתיום מוסרים, יש גם מספר רב של תגובות צדדיות, כגון פירוק האלקטרוליט, התמסות חומר הפעיל והצטברות ליתיום מתכתי.

סיבה 1: סוללת 2s 5600 ליפו טעונה יתר

1. תגובת טעינת יתר של האלקטרודה השלילית הגרפיטית:
כאשר סוללת 2s 5600 ליפו טעונה יתר, יוני הליתיום נוטים להיות מחוזרים ומצטברים על פני השטח של האלקטרודה השלילית:
הליתיום שהצטבר מצפה את פני השטח של האלקטרודה השלילית, חוסם את האינטרקלציה של הליתיום. זה גורם לירידה ביעילות הפריקה ואובדן קיבולת עקב:
① הפחתת כמות הליתיום הניתן למחזור;
② הליתיום המתכתי שהצטבר מגיב עם הממס או האלקטרוליט התומך ליצירת Li2CO3, LiF או תוצרים אחרים;
③ ליתיום מתכתי בדרך כלל נוצר בין האלקטרודה השלילית למפריד, מה שעלול לחסום את הנקבוביות של המפריד ולהגביר את ההתנגדות הפנימית של סוללת 2s 5600 ליפו;
④ בשל הטבע הפעיל מאוד של הליתיום, הוא מגיב בקלות עם האלקטרוליט וצורך את האלקטרוליט, מה שמוביל לירידה ביעילות הפריקה ואובדן קיבולת.
טעינה מהירה, צפיפות הזרם גבוהה מדי, האלקטרודה השלילית מקוטבת בחומרה, והצטברות הליתיום תהיה בולטת יותר. זה עלול להתרחש כאשר חומר הפעיל באלקטרודה החיובית מופרז ביחס לחומר הפעיל באלקטרודה השלילית. עם זאת, בקצב טעינה גבוה, ייתכן שתתרחש הצטברות ליתיום מתכתי גם אם היחס בין החומרים הפעילים החיוביים והשליליים תקין.
לגבי טעינת יתר של סוללות ליתיום, אנא עיין ב: עקרון טעינה ופריקה של סוללת ליפו 4s, הקפד לאחסן אותה היטב!
2. תגובת טעינת יתר באלקטרודה החיובית
כאשר היחס בין חומר פעיל באלקטרודה החיובית לחומר פעיל באלקטרודה השלילית נמוך מדי, סביר שיתרחש טעינת יתר באלקטרודה החיובית.
אובדן הקיבולת הנגרם מעודף טעינה של האלקטרודה החיובית נובע בעיקר מהיווצרות של חומרים אלקטרוכימיים לא פעילים (כגון [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 וכו'), ההורסים את האיזון בקיבולת בין האלקטרודות, ואובדן הקיבולת הוא בלתי הפיך.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
במקביל, החמצן שנוצר מפירוק חומר האלקטרודה החיובית בסוללת 2s 5600 ליפו הסגורה מצטבר באותו זמן כי אין תגובת רקומבינציה (כגון יצירת H2O) והגז הדליק שנוצר מפירוק האלקטרוליט, וההשלכות יהיו בלתי נתפסות.
(2) λ-MnO2
תגובה של ליתיום-מנגן מתרחשת כאשר תחמוצת הליתיום-מנגן מנותקת לחלוטין מליתיום: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. האלקטרוליט מתחמצן כאשר יש טעינה יתר
כאשר הלחץ גבוה מ-4.5V, האלקטרוליט יתחמצן ליצירת חומרים בלתי מסיסים (כגון Li2Co3) וגזים. חומרים בלתי מסיסים אלו יחסמו את המיקרו-נקבוביות של האלקטרודה וימנעו את ההגירה של יוני הליתיום, מה שיגרום לאובדן קיבולת במהלך המחזור.
גורמים המשפיעים על קצב החמצון:
שטח הפנים של חומר האנודה החיובית
חומר אוסף הזרם
תווסף חומר מוליך (פחם שחור, וכו׳)
סוג ושטח הפנים של הפחם השחור
מבין האלקטרוליטים הנפוצים יותר, EC/DMC נחשב כבעל עמידות החמצון הגבוהה ביותר. תהליך החמצון האלקטרוכימי של התמיסה מתואר בדרך כלל כך: תמיסה→מוצר חמצון (גז, תמיסה וחומר מוצק)+ne-
חמצון של כל ממס יגביר את ריכוז האלקטרוליט, יפחית את יציבות האלקטרוליט, ולבסוף ישפיע על הקיבולת של סוללת 2s 5600 lipo. בהנחה שכמות קטנה של אלקטרוליט נצרכת בכל טעינה, נדרש יותר אלקטרוליט בעת הרכבת סוללת 2s 5600 lipo. עבור מיכל קבוע, משמעות הדבר היא שטעינה של חומר פעיל בכמות קטנה יותר, מה שמוביל לירידה בקיבולת ההתחלתית. בנוסף, אם נוצר מוצר מוצק, תיווצר שכבת פסיבציה על פני השטח של האנודה, מה שיגרום לעלייה בקיטוב של סוללת 2s 5600 lipo ולהפחתת מתח היציאה שלה.

סיבה 2: פירוק אלקטרוליט של סוללת 2s 5600 lipo (הפחתה)

אני מתפרק על האנודה
1. האלקטרוליט מתפרק על האנודה החיובית:
האלקטרוליט מורכב מממס ואלקטרוליט תומך. לאחר פירוק האנודה החיובית, בדרך כלל נוצרים מוצרים בלתי מסיסים כגון Li2Co3 ו-LiF, שמפחיתים את הקיבולת של סוללת 2s 5600 lipo על ידי חסימת הנקבוביות של האלקטרודה. תגובת ההפחתה של האלקטרוליט תשפיע על הקיבולת וחיי המחזור של סוללת 2s 5600 lipo. יש לכך השפעות שליליות, והגז שנוצר מההפחתה יגביר את הלחץ הפנימי של סוללת 2s 5600 lipo, מה שיגרום לבעיות בטיחות.
מתח הפירוק של האנודה החיובית בדרך כלל גבוה מ-4.5V (לעומת Li/Li+), ולכן הם אינם מתפרקים בקלות על האנודה החיובית. לעומת זאת, האלקטרוליט מתפרק בקלות רבה יותר על האנודה השלילית.
המאמר הבא על אלקטרוליט לסוללת ליתיום כולל הקדמה מפורטת, ושותפים מעוניינים יכולים לעיין בו:
אלקטרוליט לסוללת ליפו Cnhl 6s, פונקציה מעשית ובניית מערכת קלאסית
2. האלקטרוליט מתפרק על האנודה השלילית:
האלקטרוליט אינו יציב על גרפיט ועל אנודות פחמן אחרות עם ליתיום, וקל לו להגיב וליצור קיבולת בלתי הפיכה. במהלך הטעינה והפריקה הראשונית, הפירוק של האלקטרוליט ייצור שכבת פסיבציה על פני השטח של האלקטרודה, ושכבת הפסיבציה יכולה להפריד את האלקטרוליט מאנודת הפחמן השלילית כדי למנוע פירוק נוסף של האלקטרוליט. כך נשמרת היציבות המבנית של אנודת הפחמן. בתנאים אידיאליים, הפחתת האלקטרוליט מוגבלת לשלב יצירת שכבת הפסיבציה, ותהליך זה אינו מתרחש כאשר המחזור יציב.
יצירת סרט פאסיבציה
חיזור מלחים באלקטרוליט משתתף ביצירת סרט הפאסיבציה, מה שמועיל לייצוב סרט הפאסיבציה, אך
(1) החומר הבלתי מסיס שנוצר על ידי החיזור ישפיע לרעה על תוצר חיזור הממס;
(2) ריכוז האלקטרוליט יורד כאשר מלח האלקטרוליט מצטמצם, מה שמוביל בסופו של דבר לאובדן קיבולת של סוללת 2s 5600 lipo (LiPF6 מצטמצם ליצירת LiF, LixPF5-x, PF3O ו-PF3);
(3) יצירת סרט הפאסיבציה צורכת יוני ליתיום, מה שיגרום לאי-איזון קיבולת בין שתי האלקטרודות ויקטין את הקיבולת הספציפית של כל סוללת 2s 5600 lipo.
(4) אם יש סדקים על סרט הפאסיבציה, מולקולות הממס יכולות לחדור ולעבות את סרט הפאסיבציה, מה שלא רק צורך יותר ליתיום, אלא גם עלול לחסום את הנקבוביות הזעירות על פני הפחמן, וכתוצאה מכך ליתיום לא יוכל להיכנס ולהיחלץ, מה שמוביל לאובדן קיבולת בלתי הפיך. הוספת תוספים אנאורגניים לאלקטרוליט, כגון CO2, N2O, CO, SO2 וכו', יכולה להאיץ את יצירת סרט הפאסיבציה ולעכב את ההכנסה המשותפת ופירוק הממס. הוספת תוספים אורגניים מסוג כתר אתר גם כן משפיעה באותו אופן. 12 כתרי ו-4 אתר הם הטובים ביותר.
גורמים לאובדן קיבולת הסרט:
(1) סוג הפחמן המשמש בתהליך;
(2) הרכב האלקטרוליט;
(3) תוספים באלקטרודות או באלקטרוליטים.
בליר סבור כי תגובת חילוף היונים מתקדמת מפני השטח של חלקיק החומר הפעיל אל הליבה שלו, הפאזה החדשה שנוצרת מכסה את החומר הפעיל המקורי, ונוצר סרט פסיבי עם מוליכות יונית ואלקטרונית נמוכה על פני השטח של החלקיק, ולכן הספינל לאחר האחסון מציג קיטוב גדול יותר מאשר לפני האחסון.
ז'אנג מצא כי ההתנגדות של שכבת הפאסיבציה עלתה וקיבול הממשק ירד עם העלייה במספר המחזורים. זה משקף כי עובי שכבת הפאסיבציה גדל עם מספר המחזורים. המסיסות של מנגן ופירוק האלקטרוליט מובילים ליצירת סרטי פאסיבציה, ותנאי טמפרטורה גבוהה מקדמים את התקדמות התגובות הללו. זה יגביר את התנגדות המגע בין חלקיקי החומר הפעיל ואת התנגדות ההגירה של Li+, ובכך יגביר את הקיטוב של סוללת 2s 5600 lipo, טעינה ופריקה לא שלמות, וירידה בקיבולת.

II מנגנון חיזור של האלקטרוליט
האלקטרוליט מכיל לעיתים חמצן, מים, פחמן דו-חמצני וזיהומים אחרים, ומתבצעות תגובות רדוקס במהלך תהליך הטעינה והפריקה של סוללת 2s 5600 lipo.
מנגנון החיזור של האלקטרוליט כולל שלושה היבטים: חיזור הממס, חיזור האלקטרוליט וחיזור הזיהומים:
1. הפחתת ממס
הפחתת PC ו-EC כוללת תהליך תגובת אלקטרון יחיד ותגובת אלקטרון כפול, ותגובת האלקטרון הכפול יוצרת Li2CO3:
Fong ואחרים האמינו שבמהלך תהליך הפריקה הראשון, כאשר פוטנציאל האלקטרודה היה קרוב ל-0.8V (לעומת Li/Li+), התרחשה תגובה אלקטרוכימית של PC/EC על הגרפיט ליצירת CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) ו-LiCO3(s), מה שהוביל לאובדן קיבולת בלתי הפיך על אלקטרודות הגרפיט.
Aurbach ואחרים ערכו מחקר נרחב על מנגנון ההפחתה ומוצרי אלקטרוליטים שונים על אלקטרודות ליתיום מתכת ואלקטרודות מבוססות פחמן, ומצאו שמנגנון תגובת האלקטרון היחיד של PC מייצר ROCO2Li ופרופילן. ROCO2Li רגיש מאוד למים במינון זעיר. המוצרים העיקריים הם Li2CO3 ופרופילן בנוכחות מים זעירים, אך לא מיוצר Li2CO3 בתנאים יבשים.
שחזור DEC:

Ein-Eli Y דיווח כי האלקטרוליט המעורבב עם דיאתיל פחמתי (DEC) ודימתיל פחמתי (DMC) יעבור תגובת חילוף ב-2s 5600 lipo battery ליצירת אתיל מתיל פחמתי (EMC), שלוקח חלק באובדן קיבולת.
2. הפחתת אלקטרוליט
תגובה הפחתת האלקטרוליט נחשבת בדרך כלל למעורבת ביצירת שכבת פני השטח של אלקטרודת הפחמן, ולכן סוגה וריכוזה ישפיעו על ביצועי אלקטרודת הפחמן. במקרים מסוימים, הפחתת האלקטרוליט תורמת לייצוב פני השטח של הפחמן, שיכולה ליצור את שכבת הפאסיבציה הרצויה.
(3) נוכחות חמצן בממס תיצור גם Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

מכיוון שהפרש הפוטנציאל בין ליתיום מתכתי לפחמן מלא אינטרקלציה קטן, הפחתת האלקטרוליט על הפחמן דומה להפחתה על הליתיום.

סיבה 3: התפרקות עצמית של 2s 5600 lipo battery

התפרקות עצמית מתייחסת לתופעה שבה הקיבולת של 2s 5600 lipo battery אובדת באופן טבעי כאשר אינה בשימוש. התפרקות עצמית של 2s 5600 lipo battery (המאמר הבא על התפרקות עצמית של סוללת lipo כולל הסבר מפורט: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) מובילה לאובדן קיבולת בשני מקרים:
האחד הוא אובדן קיבולת הפיך;
השני הוא אובדן קיבולת בלתי הפיך.
אובדן קיבולת הפיך משמעותו שהקיבולת האבודה ניתנת לשחזור במהלך הטעינה, בעוד שאובדן קיבולת בלתי הפיך הוא ההפך. האלקטרודות החיוביות והשליליות עשויות להגיב עם האלקטרוליט עבור micro-2s 5600 lipo battery במצב טעון, מה שמוביל לאינטרקלציה ודיאינטרקלציה של יוני ליתיום. יוני הליתיום האינטרקלטים והדיאינטרקלטים קשורים רק ליוני הליתיום של האלקטרוליט, ולכן הקיבולת של האלקטרודות החיוביות והשליליות אינה מאוזנת, וחלק זה של אובדן הקיבולת אינו ניתן לשחזור במהלך הטעינה. כמו:
הקטודה החיובית של תחמוצת מנגן ליתיום והממס יגרמו לאפקט מיקרו-2s 5600 lipo, שיביא לפריקה עצמית ואובדן קיבולת בלתי הפיך:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
מולקולות ממס (כגון PC) מחומצנות כאלקטרודה שלילית של סוללת ליפו 2s 5600 מיקרו על פני השטח של חומר מוליך פחמן שחור או אספן נוכחי:
xPC→xPC-radical+xe-
באופן דומה, החומר הפעיל השלילי עשוי להגיב עם האלקטרוליט ולגרום לפריקה עצמית ואובדן קיבולת בלתי הפיך, והאלקטרוליט (כגון LiPF6) מחוזר על החומר המוליך:
PF5+xe-→PF5-x
פחמן ליתיום במצב טעון מחומצן על ידי הסרת יוני ליתיום כאלקטרודה שלילית של סוללת ליפו 2s 5600 מיקרו:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
גורמים המשפיעים על הפריקה העצמית: תהליך הייצור של חומר האלקטרודה החיובית, תהליך הייצור של סוללת ליפו 2s 5600, תכונות האלקטרוליט, טמפרטורה וזמן.
שיעור הפריקה העצמית נשלט בעיקר על ידי קצב חמצון הממס, ולכן יציבות הממס משפיעה על אורך חיי האחסון של סוללת ליפו 2s 5600.
חמצון הממס מתרחש בעיקר על פני השטח של הפחמן השחור, והפחתת שטח הפנים של הפחמן השחור יכולה לשלוט בקצב הפריקה העצמית, אך עבור חומרי קטודה LiMn2O4, חשוב באותה מידה להפחית את שטח הפנים של החומרים הפעילים, ותפקיד פני השטח של האספן הנוכחי בחמצון הממס אינו ניתן להתעלמות.
דליפת זרם דרך המפריד של סוללת ליפו 2s 5600 יכולה גם לגרום לפריקה עצמית בסוללת Li-ion 2s 5600 lipo, אך תהליך זה מוגבל על ידי ההתנגדות של המפריד, מתרחש בקצב נמוך מאוד ואינו תלוי בטמפרטורה. בהתחשב בכך ששיעור הפריקה העצמית של סוללת ליפו 2s 5600 תלוי מאוד בטמפרטורה, תהליך זה אינו המנגנון העיקרי בפריקה העצמית.
אם האלקטרודה השלילית במצב טעון מלא והאלקטרודה החיובית מתפרקת בעצמה, האיזון בקיבולת בסוללת ליפו 2s 5600 יופר, וכתוצאה מכך אובדן קיבולת קבוע.

במהלך פריקה עצמית ממושכת או תכופה, ייתכן שהליתיום יופקד על הפחמן, מה שמגביר את חוסר האיזון בקיבולת בין האלקטרודות.
Pistoia ואחרים השוו את שיעורי הפריקה העצמית של שלושה קטודות עיקריות מחמצות מתכת שונות באלקטרוליטים שונים ומצאו ששיעורי הפריקה העצמית משתנים בהתאם לאלקטרוליטים השונים. מצוין כי תוצרי החמצון שנוצרו בפריקה העצמית חוסמים את המיקרו-נקבוביות בחומר האלקטרודה, מה שמקשה על האינטרקלציה והחילוץ של הליתיום, מעלה את ההתנגדות הפנימית ומפחית את יעילות הפריקה, וכתוצאה מכך אובדן קיבולת בלתי הפיך.
למידע נוסף על סוללות ליתיום, אנא לחץ למטה:
יסודות דגמי סוללת ליפו 2s 5600mah