Spiega in dettaglio le ragioni del decadimento della capacità della batteria lipo 2s 5600

2s 5600 lipo battery è la batteria secondaria 2s 5600 lipo a più rapida crescita dopo le batterie al nichel cadmio e nichel idrogeno 2s 5600 lipo. Le sue proprietà ad alta energia rendono il suo futuro promettente. Tuttavia, la batteria 2s 5600 lipo non è perfetta, il suo problema più grande è la stabilità del suo ciclo di carica-scarica.
CNHL riassume e analizza le possibili cause del calo di capacità della batteria 2s 5600 lipo, inclusi sovraccarico, decomposizione dell'elettrolita e autoscarica.
La batteria 2s 5600 lipo ha diverse energie di intercalazione quando la reazione di intercalazione avviene tra i due elettrodi, e per ottenere le migliori prestazioni della batteria 2s 5600 lipo, il rapporto di capacità dei due elettrodi ospiti dovrebbe mantenere un valore di equilibrio.
Nella batteria 2s 5600 lipo, l'equilibrio della capacità è espresso come il rapporto di massa dell'elettrodo positivo rispetto a quello negativo,
Cioè: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Nella formula sopra, C si riferisce alla capacità coulombica teorica dell'elettrodo, e Δx e Δy si riferiscono al numero stechiometrico di ioni di litio inseriti rispettivamente nell'elettrodo negativo e positivo. Si può vedere dalla formula sopra che il rapporto di massa richiesto dei due poli dipende dalla capacità coulombica corrispondente dei due poli e dal numero dei rispettivi ioni di litio reversibili.
In generale, un rapporto di massa più piccolo porta a un utilizzo incompleto del materiale dell'elettrodo negativo; un rapporto di massa più grande può causare un rischio per la sicurezza a causa della sovraccarica dell'elettrodo negativo. In breve, al rapporto di massa ottimizzato, la batteria 2s 5600 lipo ha le migliori prestazioni.
Per un sistema ideale di batterie Li-ion2s 5600 lipo, l'equilibrio della capacità non cambia durante il suo ciclo, e la capacità iniziale in ogni ciclo è un valore certo, ma la situazione reale è molto più complicata. Qualsiasi reazione secondaria che può generare o consumare ioni di litio o elettroni può causare un cambiamento nell'equilibrio della capacità della batteria 2s 5600 lipo. Una volta che l'equilibrio della capacità della batteria 2s 5600 lipo è cambiato, il cambiamento è irreversibile e può accumularsi attraverso più cicli, avendo un impatto serio sulle prestazioni della batteria 2s 5600 lipo. Nella batteria 2s 5600 lipo, oltre alla reazione redox che si verifica quando gli ioni di litio vengono deintercalati, ci sono anche numerose reazioni secondarie, come la decomposizione dell'elettrolita, la dissoluzione del materiale attivo e la deposizione di litio metallico.

Motivo 1: la batteria lipo 2s 5600 è sovraccaricata

1. Reazione di sovraccarico dell'anodo di grafite:
Quando la batteria lipo 2s 5600 è sovraccaricata, gli ioni di litio si riducono facilmente e si depositano sulla superficie dell'anodo:
Il litio depositato riveste la superficie dell'anodo, bloccando l'intercalazione del litio. Ciò comporta una riduzione dell'efficienza di scarica e una perdita di capacità a causa di:
① Ridurre la quantità di litio riciclabile;
② Il litio metallico depositato reagisce con il solvente o l'elettrolita di supporto formando Li2CO3, LiF o altri prodotti;
③ Il litio metallico si forma solitamente tra l'anodo e il separatore, il che può ostruire i pori del separatore e aumentare la resistenza interna della batteria lipo 2s 5600;
④ A causa della natura molto reattiva del litio, esso reagisce facilmente con l'elettrolita consumandolo, causando una riduzione dell'efficienza di scarica e una perdita di capacità.
La ricarica rapida, con densità di corrente troppo elevata, provoca una forte polarizzazione dell'anodo e la deposizione di litio sarà più evidente. Questo è probabile quando il materiale attivo del catodo è eccessivo rispetto a quello dell'anodo. Tuttavia, in caso di alta velocità di carica, la deposizione di litio metallico può verificarsi anche se il rapporto tra materiali attivi di catodo e anodo è normale.
Per il sovraccarico delle batterie al litio, si prega di consultare il seguente link: Principio di carica e scarica della batteria Lipo 4s, assicurati di conservarla bene!
2. Reazione di sovraccarico del catodo
Quando il rapporto tra materiale attivo del catodo e materiale attivo dell'anodo è troppo basso, è probabile che si verifichi un sovraccarico del catodo.
La perdita di capacità causata dal sovraccarico del polo positivo è principalmente dovuta alla generazione di sostanze elettrochimicamente inattive (come [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3, ecc.), che distruggono l'equilibrio di capacità tra gli elettrodi, e la perdita di capacità è irreversibile.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Allo stesso tempo, l'ossigeno generato dalla decomposizione del materiale del catodo nella batteria lipo 2s 5600 sigillata si accumula perché non avviene alcuna reazione di ricombinazione (come la formazione di H2O) e il gas infiammabile generato dalla decomposizione dell'elettrolita, con conseguenze inimmaginabili.
(2) λ-MnO2
La reazione litio-manganese avviene quando l'ossido di litio-manganese è completamente delitato: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. L'elettrolita si ossida in caso di sovraccarica
Quando la pressione è superiore a 4,5V, l'elettrolita si ossida generando insolubili (come Li2Co3) e gas. Questi insolubili ostruiranno i micropori dell'elettrodo e ostacoleranno la migrazione degli ioni di litio, causando una perdita di capacità durante il ciclo.
Fattori che influenzano la velocità di ossidazione:
L'area superficiale del materiale dell'elettrodo positivo
Materiale del collettore di corrente
Agente conduttivo aggiunto (carbon black, ecc.)
Il tipo e l'area superficiale del carbon black
Tra gli elettroliti più comunemente usati, EC/DMC è considerato quello con la più alta resistenza all'ossidazione. Il processo di ossidazione elettrochimica della soluzione è generalmente espresso come: soluzione→prodotto di ossidazione (gas, soluzione e materia solida)+ne-
L'ossidazione di qualsiasi solvente aumenterà la concentrazione dell'elettrolita, diminuirà la stabilità dell'elettrolita e infine influenzerà la capacità della batteria lipo 2s 5600. Supponendo che una piccola quantità di elettrolita venga consumata ad ogni carica, è necessario più elettrolita quando la batteria lipo 2s 5600 viene assemblata. Per un contenitore costante, questo significa che viene caricato un quantitativo minore di sostanza attiva, il che comporta una diminuzione della capacità iniziale. Inoltre, se si produce un prodotto solido, si formerà un film di passivazione sulla superficie dell'elettrodo, che farà aumentare la polarizzazione della batteria lipo 2s 5600 e ridurrà la tensione di uscita della batteria lipo 2s 5600.

Motivo 2: decomposizione dell'elettrolita della batteria lipo 2s 5600 (riduzione)

Mi decompongo sull'elettrodo
1. L'elettrolita si decompone sull'elettrodo positivo:
L'elettrolita è composto da un solvente e un elettrolita di supporto. Dopo la decomposizione dell'elettrodo positivo, si formano solitamente prodotti insolubili come Li2Co3 e LiF, che riducono la capacità della batteria lipo 2s 5600 bloccando i pori dell'elettrodo. La reazione di riduzione dell'elettrolita influenzerà la capacità e la durata del ciclo della batteria lipo 2s 5600. Ha effetti negativi, e il gas generato dalla riduzione aumenterà la pressione interna della batteria lipo 2s 5600, causando problemi di sicurezza.
La tensione di decomposizione dell'elettrodo positivo è solitamente superiore a 4,5V (vs. Li/Li+), quindi non si decompongono facilmente sull'elettrodo positivo. Al contrario, l'elettrolita si decompone più facilmente sull'elettrodo negativo.
L'articolo seguente sull'elettrolita per batterie al litio offre un'introduzione dettagliata, e i partner interessati possono fare riferimento a:
Elettrolita per batteria lipo Cnhl 6s, funzione pratica e costruzione del sistema classico
2. L'elettrolita si decompone sull'elettrodo negativo:
L'elettrolita non è stabile sul grafite e su altri anodi di carbonio inseriti con litio, ed è facile che reagisca generando capacità irreversibile. Durante la carica e scarica iniziale, la decomposizione dell'elettrolita formerà un film di passivazione sulla superficie dell'elettrodo, e il film di passivazione può separare l'elettrolita dall'elettrodo negativo di carbonio per prevenire ulteriori decomposizioni dell'elettrolita. Così, viene mantenuta la stabilità strutturale dell'anodo di carbonio. In condizioni ideali, la riduzione dell'elettrolita è limitata alla fase di formazione del film di passivazione, e questo processo non si verifica quando il ciclo è stabile.
Formazione del film di passivazione
La riduzione dei sali elettrolitici partecipa alla formazione del film di passivazione, il che è benefico per la stabilizzazione del film di passivazione, ma
(1) La sostanza insolubile prodotta dalla riduzione avrà un effetto negativo sul prodotto di riduzione del solvente;
(2) La concentrazione dell'elettrolita diminuisce quando il sale elettrolitico si riduce, il che alla fine porta alla perdita di capacità della batteria 2s 5600 lipo (LiPF6 si riduce formando LiF, LixPF5-x, PF3O e PF3);
(3) La formazione del film di passivazione consuma ioni litio, il che causerà uno squilibrio di capacità tra i due elettrodi riducendo la capacità specifica dell'intera batteria 2s 5600 lipo.
(4) Se ci sono crepe sul film di passivazione, le molecole del solvente possono penetrare e ispessire il film di passivazione, il che non solo consuma più litio, ma può anche ostruire i micropori sulla superficie del carbonio, impedendo l'inserimento e l'estrazione del litio, causando una perdita di capacità irreversibile. L'aggiunta di alcuni additivi inorganici all'elettrolita, come CO2, N2O, CO, SO2, ecc., può accelerare la formazione del film di passivazione e inibire la co-inserzione e la decomposizione del solvente. L'aggiunta di additivi organici crown ether ha lo stesso effetto. 12 crown e 4 ether sono i migliori.
Fattori per la perdita di capacità del film:
(1) Il tipo di carbonio utilizzato nel processo;
(2) Composizione dell'elettrolita;
(3) Additivi negli elettrodi o negli elettroliti.
Blyr ritiene che la reazione di scambio ionico avanzi dalla superficie della particella del materiale attivo verso il suo nucleo, la nuova fase formata seppellisce il materiale attivo originale, e si forma un film passivo con bassa conducibilità ionica ed elettronica sulla superficie della particella, quindi lo spinello dopo lo stoccaggio presenta una polarizzazione maggiore rispetto a prima dello stoccaggio.
Zhang ha scoperto che la resistenza dello strato di passivazione superficiale aumentava e la capacità interfacciale diminuiva con l'aumentare del numero di cicli. Ciò riflette che lo spessore dello strato di passivazione aumenta con il numero di cicli. La dissoluzione del manganese e la decomposizione dell'elettrolita portano alla formazione di film di passivazione, e condizioni di alta temperatura favoriscono maggiormente il progresso di queste reazioni. Questo aumenterà la resistenza di contatto tra le particelle del materiale attivo e la resistenza alla migrazione di Li+, aumentando così la polarizzazione della batteria 2s 5600 lipo, la carica e scarica incomplete e la capacità ridotta.

II Meccanismo di Riduzione dell'Elettrolita
L'elettrolita spesso contiene ossigeno, acqua, anidride carbonica e altre impurità, e durante il processo di carica e scarica della batteria 2s 5600 lipo si verificano reazioni redox.
Il meccanismo di riduzione dell'elettrolita include tre aspetti: riduzione del solvente, riduzione dell'elettrolita e riduzione delle impurità:
1. Riduzione del solvente
La riduzione di PC e EC include un processo di reazione a un elettrone e a due elettroni, e la reazione a due elettroni forma Li2CO3:
Fong et al. ritenevano che durante il primo processo di scarica, quando il potenziale dell'elettrodo era vicino a 0,8V (vs. Li/Li+), la reazione elettrochimica di PC/EC si verificasse sul grafite per generare CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) e LiCO3(s), portando a una perdita di capacità irreversibile sugli elettrodi di grafite.
Aurbach et al. hanno condotto ampie ricerche sul meccanismo di riduzione e sui prodotti di vari elettroliti sugli elettrodi di litio metallico e sugli elettrodi a base di carbonio, e hanno scoperto che il meccanismo di reazione a un elettrone del PC produce ROCO2Li e propilene. ROCO2Li è molto sensibile a tracce d'acqua. I prodotti principali sono Li2CO3 e propilene in presenza di tracce d'acqua, ma non si produce Li2CO3 in condizioni di asciutto.
Ripristino di DEC:

Ein-Eli Y ha riportato che l'elettrolita miscelato con carbonato di dietile (DEC) e carbonato di dimetile (DMC) subirà una reazione di scambio in una batteria 2s 5600 lipo per generare carbonato di etil metile (EMC), che ha un certo impatto sulla perdita di capacità.
2. Riduzione dell'elettrolita
La reazione di riduzione dell'elettrolita è generalmente considerata coinvolta nella formazione del film superficiale dell'elettrodo di carbonio, quindi il suo tipo e concentrazione influenzeranno le prestazioni dell'elettrodo di carbonio. In alcuni casi, la riduzione dell'elettrolita contribuisce alla stabilizzazione della superficie del carbonio, che può formare lo strato di passivazione desiderato e le prestazioni.
(3) La presenza di ossigeno nel solvente formerà anche Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Poiché la differenza di potenziale tra il litio metallico e il carbonio completamente intercalato è piccola, la riduzione dell'elettrolita sul carbonio è simile alla riduzione sul litio.

Motivo 3: autoscarica della batteria 2s 5600 lipo

L'autoscarica si riferisce al fenomeno per cui la capacità della batteria 2s 5600 lipo si perde naturalmente quando non è in uso. L'autoscarica della batteria 2s 5600 lipo (l'articolo seguente sull'autoscarica della batteria lipo ha una introduzione dettagliata: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) porta alla perdita di capacità in due casi:
Una è la perdita di capacità reversibile;
La seconda è la perdita di capacità irreversibile.
La perdita di capacità reversibile significa che la capacità persa può essere recuperata durante la ricarica, mentre la perdita di capacità irreversibile è l'opposto. Gli elettrodi positivo e negativo possono interagire con l'elettrolita per una batteria micro-2s 5600 lipo nello stato carico, risultando nell'intercalazione e deintercalazione degli ioni di litio. Gli ioni di litio intercalati e deintercalati sono solo correlati agli ioni di litio dell'elettrolita, quindi la capacità degli elettrodi positivo e negativo è squilibrata, e questa parte della perdita di capacità non può essere recuperata durante la ricarica. come:
L'elettrodo positivo di ossido di manganese di litio e il solvente avranno un effetto micro-2s 5600 lipo battery, causando autoscarica e perdita irreversibile di capacità:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Le molecole di solvente (come PC) sono ossidate come elettrodo negativo della micro batteria lipo 2s 5600 sulla superficie del materiale conduttivo carbon black o collettore di corrente:
xPC→xPC-radicale+xe-
Analogamente, il materiale attivo negativo può interagire con l'elettrolita causando autoscarica e perdita irreversibile di capacità, e l'elettrolita (come LiPF6) viene ridotto sul materiale conduttivo:
PF5+xe-→PF5-x
Il carburo di litio nello stato carico è ossidato rimuovendo ioni litio come elettrodo negativo della micro batteria lipo 2s 5600:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Fattori che influenzano l'autoscarica: il processo di fabbricazione del materiale dell'elettrodo positivo, il processo di fabbricazione della batteria lipo 2s 5600, le proprietà dell'elettrolita, la temperatura e il tempo.
Il tasso di autoscarica è principalmente controllato dal tasso di ossidazione del solvente, quindi la stabilità del solvente influisce sulla durata di conservazione della batteria lipo 2s 5600.
L'ossidazione del solvente avviene principalmente sulla superficie del carbon black, e ridurre l'area superficiale del carbon black può controllare il tasso di autoscarica, ma per i materiali catodici LiMn2O4 è altrettanto importante ridurre l'area superficiale dei materiali attivi, e il ruolo della superficie del collettore di corrente sull'ossidazione del solvente non può essere ignorato.
La perdita di corrente attraverso il separatore della batteria lipo 2s 5600 può anche causare autoscarica nella batteria Li-ion 2s 5600 lipo, ma questo processo è limitato dalla resistenza del separatore, avviene a un tasso molto basso ed è indipendente dalla temperatura. Considerando che il tasso di autoscarica della batteria lipo 2s 5600 dipende fortemente dalla temperatura, questo processo non è il meccanismo principale dell'autoscarica.
Se l'elettrodo negativo è in uno stato completamente carico e l'elettrodo positivo si autoscarica, l'equilibrio di capacità nella batteria lipo 2s 5600 sarà distrutto, causando una perdita permanente di capacità.

Durante autoscariche prolungate o frequenti, il litio può depositarsi sul carbonio, aumentando lo squilibrio di capacità tra gli elettrodi.
Pistoia et al. hanno confrontato i tassi di autoscarica di tre principali catodi di ossidi metallici in vari elettroliti e hanno scoperto che i tassi di autoscarica variavano con diversi elettroliti. Si sottolinea che i prodotti di ossidazione da autoscarica bloccano i micropori sul materiale dell'elettrodo, rendendo difficile l'intercalazione e l'estrazione del litio, aumentando la resistenza interna e riducendo l'efficienza di scarica, causando una perdita irreversibile di capacità.
Per maggiori informazioni sulle batterie al litio, clicca qui sotto:
Basi della modellazione della batteria lipo 2s 5600mah