Alasan kapasitas baterai lithium 6s adalah sebuah rumus untuk dipahami!

baterai lithium 6s adalah baterai sekunder dengan pertumbuhan tercepat setelah baterai nikel-kadmium dan nikel-hidrogen. Sifat energi tingginya membuat masa depannya terlihat cerah. Namun, baterai lithium 6s tidak sempurna, dan masalah terbesarnya adalah stabilitas siklus pengisian-pengosongan. Makalah ini merangkum dan menganalisis kemungkinan alasan penurunan kapasitas baterai lithium 6s: pengisian berlebih.

Keseimbangan kapasitas baterai lithium 6s

Baterai lithium 6s memiliki energi interkalasi yang berbeda ketika reaksi interkalasi terjadi antara kedua elektroda, dan untuk mendapatkan kinerja terbaik dari baterai, rasio kapasitas dari kedua elektroda induk harus mempertahankan nilai yang seimbang.
Dalam baterai lithium 6s, 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 dari elektroda baterai lithium 6s, dan Δx serta Δy mengacu pada jumlah stoikiometri ion lithium yang tertanam di elektroda negatif dan elektroda positif dari elektroda lithium, 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 lithium reversibel masing-masing.

Dampak ketidakseimbangan kapasitas baterai lithium 6s

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 overcharge elektroda negatif. Singkatnya, pada rasio massa yang dioptimalkan, kinerja elektroda baterai lithium 6s adalah yang terbaik.
Untuk sistem baterai Li-ion ideal, keseimbangan kapasitas tidak berubah selama siklusnya, dan kapasitas awal di setiap siklus adalah nilai tertentu, tetapi situasi sebenarnya jauh lebih rumit. Setiap reaksi samping yang dapat menghasilkan atau mengkonsumsi ion lithium atau elektron dapat menyebabkan perubahan keseimbangan kapasitas baterai lithium 6s. Setelah keadaan keseimbangan kapasitas baterai lithium 6s berubah, perubahan tersebut bersifat irreversible dan dapat terakumulasi melalui beberapa siklus. Ini sangat mempengaruhi kinerja baterai lithium 6s. Dalam baterai lithium 6s, selain reaksi redoks yang terjadi saat ion lithium dideinterkalasi, juga terdapat banyak reaksi samping, seperti dekomposisi elektrolit, pelarutan bahan aktif, dan deposisi lithium logam.

Alasan ketidakseimbangan kapasitas baterai lithium 6s: overcharge

1. Reaksi overcharge elektroda negatif grafit:
Ketika baterai mengalami overcharge, ion lithium mudah direduksi dan terdeposit di permukaan elektroda negatif:
Lithium yang terdeposit melapisi permukaan elektroda negatif, menghalangi interkalasi lithium. Ini mengakibatkan penurunan efisiensi pelepasan dan kehilangan kapasitas karena:

① Mengurangi jumlah lithium yang dapat didaur ulang;
② Lithium logam yang terdeposit bereaksi dengan pelarut atau elektrolit pendukung membentuk Li2CO3, LiF, atau produk lainnya;
③ Lithium logam biasanya terbentuk di antara elektroda negatif dan separator, yang dapat menyumbat pori-pori separator dan meningkatkan resistansi internal baterai;

④ Karena sifat lithium yang sangat aktif, mudah bereaksi dengan elektrolit dan mengkonsumsi elektrolit, mengakibatkan penurunan efisiensi pelepasan dan kehilangan kapasitas.
Pengisian cepat, kerapatan arus terlalu besar, elektroda negatif mengalami polarisasi berat, dan deposisi lithium akan lebih jelas. Ini kemungkinan terjadi ketika bahan aktif elektroda positif berlebihan dibandingkan dengan bahan aktif elektroda negatif. Namun, dalam kasus laju pengisian tinggi, deposisi lithium logam dapat terjadi meskipun rasio bahan aktif positif dan negatif normal.

2. Reaksi overcharge elektroda positif
Ketika rasio bahan aktif elektroda positif terhadap bahan aktif elektroda negatif terlalu rendah, overcharge positif kemungkinan besar terjadi
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 lithium 6s tertutup akan menumpuk karena tidak adanya reaksi rekombinasi (seperti pembentukan H2O) dan gas mudah terbakar yang dihasilkan oleh dekomposisi elektrolit, dan konsekuensinya akan sangat berbahaya.
(2) λ-MnO2
Reaksi litium-mangan terjadi saat 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 memengaruhi laju oksidasi:
Luas permukaan material elektroda positif
Material kolektor arus
Penambah penghantar (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. Dengan asumsi sejumlah kecil elektrolit habis setiap kali diisi, lebih banyak elektrolit diperlukan selama perakitan baterai. Untuk wadah yang konstan, ini berarti jumlah zat aktif yang dimuat lebih kecil, yang mengakibatkan penurunan kapasitas awal. Selain itu, jika produk padat terbentuk, film pasivasi akan terbentuk di permukaan elektroda, yang akan meningkatkan polarisasi baterai dan mengurangi tegangan keluaran baterai.

Di atas adalah seluruh konten tentang keseimbangan kapasitas baterai lithium 6s yang kami sajikan hari ini. Baterai lithium 6s memiliki energi interkalasi yang berbeda saat reaksi interkalasi terjadi antara dua elektroda, dan untuk mendapatkan kinerja terbaik baterai, kedua elektroda induk memiliki energi interkalasi yang berbeda. Rasio kapasitas harus dijaga pada nilai seimbang; rasio massa yang lebih kecil menyebabkan pemanfaatan material elektroda negatif yang tidak lengkap; rasio massa yang lebih besar dapat menyebabkan bahaya keselamatan akibat pengisian berlebih elektroda negatif. Pada rasio massa yang dioptimalkan, kinerja elektroda baterai lithium 6s adalah yang terbaik; penyebab utama ketidakseimbangan kapasitas baterai lithium 6s adalah pengisian berlebih.
Saya harap konten hari ini bermanfaat bagi Anda, informasi lebih lanjut akan terus diperbarui, sampai jumpa di edisi berikutnya.