Jelaskan secara rinci alasan penurunan kapasitas baterai lipo 2s 5600

2s 5600 lipo battery adalah baterai sekunder 2s 5600 lipo dengan pertumbuhan tercepat setelah baterai nikel kadmium dan nikel hidrogen 2s 5600 lipo. Sifat energi tingginya membuat masa depannya cerah. Namun, baterai 2s 5600 lipo tidak sempurna, masalah terbesarnya adalah stabilitas siklus pengisian dan pengosongannya.
CNHL merangkum dan menganalisis kemungkinan penyebab penurunan kapasitas baterai 2s 5600 lipo, termasuk pengisian berlebih, dekomposisi elektrolit, dan self-discharge.
Baterai 2s 5600 lipo memiliki energi interkalasi yang berbeda saat reaksi interkalasi terjadi antara kedua elektroda, dan untuk mendapatkan kinerja terbaik dari baterai 2s 5600 lipo, rasio kapasitas kedua elektroda induk harus mempertahankan nilai keseimbangan.
Dalam baterai 2s 5600 lipo, keseimbangan kapasitas dinyatakan sebagai rasio massa elektroda positif terhadap elektroda negatif,
Yaitu: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Dalam rumus di atas, C mengacu pada kapasitas coulomb teoritis elektroda, dan Δx serta Δy mengacu pada jumlah stoikiometri ion litium yang terbenam di elektroda negatif dan elektroda positif, masing-masing. Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa rasio massa yang dibutuhkan dari kedua kutub bergantung pada kapasitas Coulomb yang sesuai dari kedua kutub dan jumlah ion litium reversibel masing-masing.
Secara umum, rasio massa yang lebih kecil menyebabkan pemanfaatan bahan elektroda negatif yang tidak lengkap; rasio massa yang lebih besar dapat menyebabkan bahaya keselamatan akibat pengisian berlebih elektroda negatif. Singkatnya, pada rasio massa yang dioptimalkan, baterai 2s 5600 lipo memiliki kinerja terbaik.
Untuk sistem baterai Li-ion2s 5600 lipo ideal, keseimbangan kapasitas tidak berubah selama siklusnya, dan kapasitas awal di setiap siklus adalah nilai tertentu, tetapi situasi sebenarnya jauh lebih rumit. Reaksi samping apa pun yang dapat menghasilkan atau mengonsumsi ion litium atau elektron dapat menyebabkan perubahan dalam keseimbangan kapasitas baterai 2s 5600 lipo. Setelah keseimbangan kapasitas baterai 2s 5600 lipo berubah, perubahan tersebut bersifat tidak dapat diubah dan dapat terjadi secara kumulatif melalui beberapa siklus, yang berdampak serius pada kinerja baterai 2s 5600 lipo. Dalam baterai 2s 5600 lipo, selain reaksi redoks yang terjadi saat ion litium dideinterkalasi, juga terdapat banyak reaksi samping, seperti dekomposisi elektrolit, pelarutan bahan aktif, dan deposisi litium logam.

Alasan 1: baterai lipo 2s 5600 diisi berlebih

1. Reaksi pengisian berlebih elektroda negatif grafit:
Ketika baterai lipo 2s 5600 diisi berlebih, ion litium mudah tereduksi dan terdeposit di permukaan elektroda negatif:
Litium yang terdeposit melapisi permukaan elektroda negatif, menghalangi interkalasi litium. Ini mengakibatkan penurunan efisiensi pengosongan dan kehilangan kapasitas karena:
① Mengurangi jumlah litium yang dapat didaur ulang;
② Litium logam yang terdeposit bereaksi dengan pelarut atau elektrolit pendukung membentuk Li2CO3, LiF atau produk lainnya;
③ Litium logam biasanya terbentuk di antara elektroda negatif dan separator, yang dapat menyumbat pori-pori separator dan meningkatkan resistansi internal baterai lipo 2s 5600;
④ Karena sifat litium yang sangat aktif, mudah bereaksi dengan elektrolit dan mengkonsumsi elektrolit, mengakibatkan penurunan efisiensi pengosongan dan kehilangan kapasitas.
Pengisian cepat, kerapatan arus terlalu besar, elektroda negatif mengalami polarisasi berat, dan deposisi litium akan lebih jelas. Ini kemungkinan terjadi ketika material aktif elektroda positif berlebihan dibandingkan dengan material aktif elektroda negatif. Namun, pada tingkat pengisian tinggi, deposisi litium logam dapat terjadi meskipun rasio material aktif positif dan negatif normal.
Untuk pengisian berlebih baterai litium, silakan lihat berikut ini: Prinsip pengisian dan pengosongan baterai lipo 4s, pastikan menyimpannya dengan baik!
2. Reaksi pengisian berlebih elektroda positif
Ketika rasio material aktif elektroda positif terhadap material aktif elektroda negatif terlalu rendah, kemungkinan terjadi pengisian berlebih pada elektroda positif.
Kehilangan kapasitas yang disebabkan oleh overcharge elektroda positif terutama disebabkan oleh pembentukan zat yang secara elektrokimia inert (seperti [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3, dll.), yang merusak keseimbangan kapasitas antara elektroda, dan kehilangan kapasitas ini bersifat irreversible.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Pada saat yang sama, oksigen yang dihasilkan oleh dekomposisi material elektroda positif dalam baterai lipo 2s 5600 yang tertutup menumpuk karena tidak ada reaksi rekombinasi (seperti pembentukan H2O) dan gas mudah terbakar yang dihasilkan oleh dekomposisi elektrolit, dan konsekuensinya akan sangat buruk.
(2) λ-MnO2
Reaksi litium-mangan terjadi ketika litium-mangan oksida sepenuhnya delitiasi: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolit teroksidasi saat pengisian berlebih
Ketika tekanan lebih tinggi dari 4,5V, elektrolit akan teroksidasi menghasilkan zat tak larut (seperti Li2Co3) dan gas. Zat tak larut ini akan menyumbat mikropori elektroda dan menghambat migrasi ion litium, mengakibatkan kehilangan kapasitas selama siklus.
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju oksidasi:
Luas permukaan material elektroda positif
Material kolektor arus
Penambahan agen konduktif (karbon hitam, dll.)
Jenis dan luas permukaan karbon hitam
Di antara elektrolit yang lebih umum digunakan, EC/DMC dianggap memiliki ketahanan oksidasi tertinggi. Proses oksidasi elektrokimia larutan umumnya dinyatakan sebagai: larutan→produk oksidasi (gas, larutan, dan zat padat)+ne-
Oksidasi pelarut apa pun akan meningkatkan konsentrasi elektrolit, menurunkan stabilitas elektrolit, dan akhirnya memengaruhi kapasitas baterai lipo 2s 5600. Dengan asumsi sejumlah kecil elektrolit dikonsumsi setiap kali pengisian, lebih banyak elektrolit diperlukan saat baterai lipo 2s 5600 dirakit. Untuk wadah yang konstan, ini berarti jumlah zat aktif yang dimuat lebih kecil, yang mengakibatkan penurunan kapasitas awal. Selain itu, jika produk padat dihasilkan, film pasivasi akan terbentuk di permukaan elektroda, yang akan menyebabkan polarisasi baterai lipo 2s 5600 meningkat dan mengurangi tegangan keluaran baterai lipo 2s 5600.

Alasan 2: dekomposisi elektrolit baterai lipo 2s 5600 (reduksi)

Saya terdekomposisi pada elektroda
1. Elektrolit terdekomposisi pada elektroda positif:
Elektrolit terdiri dari pelarut dan elektrolit pendukung. Setelah dekomposisi elektroda positif, produk yang tidak larut seperti Li2Co3 dan LiF biasanya terbentuk, yang mengurangi kapasitas baterai lipo 2s 5600 dengan menyumbat pori-pori elektroda. Reaksi reduksi elektrolit akan memengaruhi kapasitas dan masa siklus baterai lipo 2s 5600. Ini memiliki efek merugikan, dan gas yang dihasilkan oleh reduksi akan meningkatkan tekanan internal baterai lipo 2s 5600, menyebabkan masalah keamanan.
Tegangan dekomposisi elektroda positif biasanya lebih besar dari 4,5V (vs. Li/Li+), sehingga mereka tidak mudah terdekomposisi pada elektroda positif. Sebaliknya, elektrolit lebih mudah terdekomposisi pada elektroda negatif.
Artikel berikut tentang elektrolit baterai litium memiliki pengenalan yang rinci, dan mitra yang tertarik dapat merujuk ke:
Elektrolit baterai lipo Cnhl 6s, fungsi praktis dan konstruksi sistem klasik
2. Elektrolit terdekomposisi pada elektroda negatif:
Elektrolit tidak stabil pada grafit dan anoda karbon yang disisipkan litium lainnya, dan mudah bereaksi menghasilkan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan. Selama pengisian dan pengosongan awal, dekomposisi elektrolit akan membentuk film pasivasi di permukaan elektroda, dan film pasivasi ini dapat memisahkan elektrolit dari elektroda negatif karbon untuk mencegah dekomposisi elektrolit lebih lanjut. Dengan demikian, stabilitas struktural anoda karbon terjaga. Dalam kondisi ideal, reduksi elektrolit terbatas pada tahap pembentukan film pasivasi, dan proses ini tidak terjadi saat siklus stabil.
Pembentukan film pasivasi
Reduksi garam elektrolit berperan dalam pembentukan film pasivasi, yang bermanfaat untuk stabilisasi film pasivasi, tetapi
(1) Zat tak larut yang dihasilkan oleh reduksi akan berdampak negatif pada produk reduksi pelarut;
(2) Konsentrasi elektrolit menurun ketika garam elektrolit berkurang, yang akhirnya menyebabkan kehilangan kapasitas baterai 2s 5600 lipo (LiPF6 direduksi membentuk LiF, LixPF5-x, PF3O dan PF3);
(3) Pembentukan film pasivasi mengonsumsi ion lithium, yang akan menyebabkan ketidakseimbangan kapasitas antara kedua elektroda sehingga mengurangi kapasitas spesifik seluruh baterai 2s 5600 lipo.
(4) Jika terdapat retakan pada film pasivasi, molekul pelarut dapat menembus dan menebalkan film pasivasi, yang tidak hanya mengonsumsi lebih banyak lithium, tetapi juga dapat menyumbat mikropori pada permukaan karbon, sehingga lithium tidak dapat disisipkan dan diekstraksi, mengakibatkan kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan. Menambahkan beberapa aditif anorganik ke elektrolit, seperti CO2, N2O, CO, SO2, dll., dapat mempercepat pembentukan film pasivasi dan menghambat ko-inserasi serta dekomposisi pelarut. Penambahan aditif organik crown ether juga memiliki efek yang sama. 12 crown dan 4 ether adalah yang terbaik.
Faktor-faktor kehilangan kapasitas film:
(1) Jenis karbon yang digunakan dalam proses;
(2) Komposisi elektrolit;
(3) Aditif dalam elektroda atau elektrolit.
Blyr percaya bahwa reaksi pertukaran ion maju dari permukaan partikel bahan aktif ke intinya, fase baru yang terbentuk menutupi bahan aktif asli, dan film pasif dengan konduktivitas ionik dan elektronik rendah terbentuk di permukaan partikel, sehingga spinel setelah penyimpanan memiliki polarisasi yang lebih besar daripada sebelum penyimpanan.
Zhang menemukan bahwa resistansi lapisan pasivasi permukaan meningkat dan kapasitansi antarmuka menurun seiring dengan bertambahnya jumlah siklus. Ini mencerminkan bahwa ketebalan lapisan pasivasi meningkat dengan jumlah siklus. Pelarutan mangan dan dekomposisi elektrolit menyebabkan pembentukan film pasivasi, dan kondisi suhu tinggi lebih mendukung kemajuan reaksi ini. Hal ini akan meningkatkan resistansi kontak antara partikel bahan aktif dan resistansi migrasi Li+, sehingga meningkatkan polarisasi baterai 2s 5600 lipo, pengisian dan pengosongan yang tidak lengkap, serta kapasitas yang berkurang.

II Mekanisme Reduksi Elektrolit
Elektrolit sering mengandung oksigen, air, karbon dioksida, dan kotoran lainnya, dan reaksi redoks terjadi selama proses pengisian dan pengosongan baterai 2s 5600 lipo.
Mekanisme reduksi elektrolit mencakup tiga aspek: reduksi pelarut, reduksi elektrolit, dan reduksi kotoran:
1. Reduksi pelarut
Reduksi PC dan EC mencakup proses reaksi satu elektron dan dua elektron, dan reaksi dua elektron membentuk Li2CO3:
Fong et al. berpendapat bahwa selama proses discharge pertama, ketika potensial elektroda mendekati 0,8V (vs. Li/Li+), reaksi elektrokimia PC/EC terjadi pada grafit menghasilkan CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) dan LiCO3(s), yang menyebabkan kehilangan kapasitas irreversibel pada elektroda grafit.
Aurbach et al. melakukan penelitian luas tentang mekanisme reduksi dan produk berbagai elektrolit pada elektroda logam lithium dan elektroda berbasis karbon, dan menemukan bahwa mekanisme reaksi satu elektron PC menghasilkan ROCO2Li dan propilena. ROCO2Li sangat sensitif terhadap jejak air. Produk utama adalah Li2CO3 dan propilena jika ada jejak air, tetapi tidak menghasilkan Li2CO3 dalam kondisi kering.
Restorasi DEC:

Ein-Eli Y melaporkan bahwa elektrolit yang dicampur dengan diethyl carbonate (DEC) dan dimethyl carbonate (DMC) akan mengalami reaksi pertukaran dalam baterai lipo 2s 5600 untuk menghasilkan ethyl methyl carbonate (EMC), yang memiliki beberapa dampak pada kehilangan kapasitas.
2. Reduksi elektrolit
Reaksi reduksi elektrolit umumnya dianggap terlibat dalam pembentukan film permukaan elektroda karbon, sehingga jenis dan konsentrasinya akan memengaruhi kinerja elektroda karbon. Dalam beberapa kasus, reduksi elektrolit berkontribusi pada stabilisasi permukaan karbon, yang dapat membentuk lapisan pasivasi yang diinginkan.
(3) Kehadiran oksigen dalam pelarut juga akan membentuk Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Karena perbedaan potensial antara lithium logam dan karbon yang sepenuhnya diinterkalasi kecil, reduksi elektrolit pada karbon mirip dengan reduksi pada lithium.

Alasan 3: self-discharge baterai lipo 2s 5600

Self-discharge mengacu pada fenomena kapasitas baterai lipo 2s 5600 yang hilang secara alami saat tidak digunakan. Self-discharge baterai lipo 2s 5600 (artikel berikut tentang self-discharge baterai lipo memiliki pengenalan rinci: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) menyebabkan kehilangan kapasitas dalam dua kasus:
Satu adalah kehilangan kapasitas reversibel;
Yang kedua adalah kehilangan kapasitas irreversibel.
Kehilangan kapasitas reversibel berarti kapasitas yang hilang dapat dipulihkan selama pengisian daya, sedangkan kehilangan kapasitas irreversibel adalah kebalikannya. Elektroda positif dan negatif mungkin berinteraksi dengan elektrolit untuk baterai lipo 2s 5600 dalam keadaan terisi, menghasilkan interkalasi dan deinterkalasi ion lithium. Ion lithium yang diinterkalasi dan deinterkalasi hanya terkait dengan ion lithium dari elektrolit, sehingga kapasitas elektroda positif dan negatif tidak seimbang, dan bagian kehilangan kapasitas ini tidak dapat dipulihkan selama pengisian daya. seperti:
Elektroda positif lithium mangan oksida dan pelarut akan memiliki efek baterai lipo micro-2s 5600, mengakibatkan self-discharge dan kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Molekul pelarut (seperti PC) dioksidasi sebagai elektroda negatif baterai lipo micro 2s 5600 pada permukaan bahan konduktif karbon hitam atau kolektor arus:
xPC→xPC-radikal+xe-
Demikian pula, bahan aktif negatif dapat berinteraksi dengan elektrolit menyebabkan self-discharge dan kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan, dan elektrolit (seperti LiPF6) direduksi pada bahan konduktif:
PF5+xe-→PF5-x
Karbid lithium dalam keadaan terisi dioksidasi dengan menghilangkan ion lithium sebagai elektroda negatif baterai lipo micro 2s 5600:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Faktor yang memengaruhi self-discharge: proses pembuatan bahan elektroda positif, proses pembuatan baterai lipo 2s 5600, sifat elektrolit, suhu, dan waktu.
Tingkat self-discharge terutama dikendalikan oleh laju oksidasi pelarut, sehingga stabilitas pelarut memengaruhi masa simpan baterai lipo 2s 5600.
Oksidasi pelarut terutama terjadi di permukaan karbon hitam, dan mengurangi luas permukaan karbon hitam dapat mengendalikan tingkat self-discharge, tetapi untuk bahan katoda LiMn2O4, mengurangi luas permukaan bahan aktif sama pentingnya, dan peran permukaan kolektor arus pada oksidasi pelarut tidak boleh diabaikan.
Kebocoran arus melalui separator baterai lipo 2s 5600 juga dapat menyebabkan self-discharge pada baterai Li-ion 2s 5600 lipo, tetapi proses ini dibatasi oleh resistansi separator, terjadi pada tingkat yang sangat rendah dan tidak bergantung pada suhu. Mengingat bahwa tingkat self-discharge baterai lipo 2s 5600 sangat bergantung pada suhu, proses ini bukan mekanisme utama dalam self-discharge.
Jika elektroda negatif dalam keadaan terisi penuh dan elektroda positif mengalami self-discharge, keseimbangan kapasitas pada baterai lipo 2s 5600 akan rusak, mengakibatkan kehilangan kapasitas permanen.

Selama self-discharge yang berkepanjangan atau sering, lithium dapat mengendap pada karbon, meningkatkan ketidakseimbangan kapasitas antara elektroda.
Pistoia et al. membandingkan tingkat self-discharge dari tiga katoda oksida logam utama dalam berbagai elektrolit dan menemukan bahwa tingkat self-discharge bervariasi dengan elektrolit yang berbeda. Ditekankan bahwa produk oksidasi hasil self-discharge menyumbat mikropori pada bahan elektroda, sehingga interkalasi dan ekstraksi lithium menjadi sulit, meningkatkan resistensi internal dan mengurangi efisiensi pelepasan, yang mengakibatkan kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan.
Untuk informasi lebih lanjut tentang baterai lithium, silakan klik di bawah ini:
Dasar pemodelan baterai lipo 5600mah 2s