La ragione della capacità della batteria al litio da 6s è una formula da comprendere!

batteria al litio 6s è la batteria secondaria a più rapida crescita dopo le batterie al nichel-cadmio e nichel-idrogeno. Le sue proprietà ad alta energia rendono il suo futuro promettente. Tuttavia, la batteria al litio 6s non è perfetta, e il suo problema più grande è la stabilità del ciclo di carica-scarica. Questo articolo riassume e analizza la possibile ragione del calo di capacità della batteria al litio 6s: sovraccarico.

Equilibrio di capacità della batteria al litio 6s

La batteria al litio 6s ha diverse energie di intercalazione quando la reazione di intercalazione avviene tra i due elettrodi, e per ottenere le migliori prestazioni della batteria, il rapporto di capacità dei due elettrodi ospiti dovrebbe mantenere un valore bilanciato.
In una batteria al litio 6s, l'equilibrio di 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 della batteria al litio 6s, e Δx e Δy si riferiscono rispettivamente al numero stechiometrico di ioni litio incorporati nell'elettrodo negativo e nell'elettrodo positivo dell'elettrodo al litio. Dalla formula sopra si può vedere che il rapporto di massa richiesto dei due poli dipende dalla capacità Coulomb corrispondente dei due poli e dal numero dei rispettivi ioni litio reversibili.

Impatto dello squilibrio di capacità della batteria al litio 6s

In generale, un rapporto di massa più piccolo porta a un utilizzo incompleto del materiale del polo negativo; un rapporto di massa più grande può causare un rischio di sicurezza a causa del sovraccarico del polo negativo. In breve, al rapporto di massa ottimizzato, le prestazioni degli elettrodi della batteria al litio 6s sono le migliori.
Per un sistema ideale di batteria agli ioni di litio, l'equilibrio di capacità non cambia durante il ciclo, e la capacità iniziale in ogni ciclo è un valore costante, ma la situazione reale è molto più complessa. Qualsiasi reazione secondaria che possa generare o consumare ioni litio o elettroni può causare un cambiamento nell'equilibrio di capacità della batteria al litio 6s. Una volta che lo stato di equilibrio di capacità della batteria al litio 6s cambia, il cambiamento è irreversibile e può accumularsi attraverso più cicli, influenzando seriamente le prestazioni della batteria al litio 6s. Nelle batterie al litio 6s, oltre alle reazioni redox che avvengono durante la deintercalazione degli ioni litio, ci sono anche numerose reazioni secondarie, come la decomposizione dell'elettrolita, la dissoluzione del materiale attivo e la deposizione di litio metallico.

Motivo dello squilibrio di capacità della batteria al litio 6s: sovraccarico

1. Reazione di sovraccarico del polo negativo in grafite:
Quando la batteria è sovraccaricata, gli ioni litio si riducono facilmente e si depositano sulla superficie del polo negativo:
Il litio depositato riveste la superficie del polo negativo, bloccando l'intercalazione del litio. Ciò comporta una riduzione dell'efficienza di scarica e una perdita di capacità dovute a:

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 il polo negativo e il separatore, il che può ostruire i pori del separatore e aumentare la resistenza interna della batteria;

④ A causa della natura molto reattiva del litio, è facile che reagisca 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 del polo negativo e la deposizione di litio sarà più evidente. Questo è probabile che accada quando il materiale attivo del polo positivo è eccessivo rispetto a quello del polo negativo. Tuttavia, in caso di alta velocità di carica, la deposizione di litio metallico può verificarsi anche se il rapporto tra materiali attivi positivo e negativo è normale.

2. Reazione di sovraccarico del polo positivo
Quando il rapporto tra materiale attivo del polo positivo e materiale attivo del polo negativo è troppo basso, è probabile che si verifichi un sovraccarico positivo.
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 dell'elettrodo positivo nella batteria al litio 6s sigillata si accumulerà contemporaneamente a causa dell'assenza di reazioni di ricombinazione (come la generazione di H2O) e del gas infiammabile generato dalla decomposizione dell'elettrolita, e le conseguenze saranno 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 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 influenzerà infine la capacità della batteria. Supponendo che una piccola quantità di elettrolita venga consumata ogni volta che viene caricata, durante l'assemblaggio della batteria è necessario più elettrolita. Per un contenitore costante, ciò 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 aumenterà la polarizzazione della batteria e ridurrà la tensione di uscita della batteria.

Quanto sopra è il contenuto completo dell'equilibrio di capacità della batteria al litio 6s presentato oggi. La batteria al litio 6s ha diverse energie di intercalazione quando la reazione di intercalazione avviene tra i due elettrodi, e per ottenere le migliori prestazioni della batteria, i due elettrodi ospiti hanno energie di intercalazione diverse. Il rapporto di capacità dovrebbe essere mantenuto a un valore bilanciato; 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. Al rapporto di massa ottimizzato, le prestazioni dell'elettrodo della batteria al litio 6s sono le migliori; la ragione principale dello squilibrio di capacità della batteria al litio 6s è la sovraccarica.
Spero che il contenuto di oggi ti sia utile, ulteriori informazioni saranno continuamente aggiornate, ci vediamo nel prossimo numero.