2s 5600 리포 배터리의 용량 감소 원인에 대해 자세히 설명하세요

2s 5600 lipo battery는 니켈 카드뮴 및 니켈 수소 2s 5600 lipo 배터리 이후 가장 빠르게 성장하는 2차 2s 5600 lipo 배터리입니다. 그 고에너지 특성은 미래가 밝음을 보여줍니다. 그러나 2s 5600 lipo 배터리는 완벽하지 않으며, 가장 큰 문제는 충방전 사이클의 안정성입니다.
CNHL은 과충전, 전해질 분해 및 자기 방전을 포함하여 2s 5600 lipo 배터리의 용량 감소 가능 원인을 요약하고 분석합니다.
2s 5600 lipo 배터리에서는 두 전극 간 삽입 반응이 일어날 때 서로 다른 삽입 에너지를 가지며, 2s 5600 lipo 배터리의 최상의 성능을 얻기 위해서는 두 호스트 전극의 용량 비율이 균형 값을 유지해야 합니다.
2s 5600 lipo 배터리에서 용량 균형은 양극과 음극의 질량 비율로 표현됩니다,
즉: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
위 식에서 C는 전극의 이론적 쿨롱 용량을 나타내며, Δx와 Δy는 각각 음극과 양극에 삽입된 리튬 이온의 화학양론적 수를 나타냅니다. 위 식에서 알 수 있듯이 두 극의 필요한 질량 비율은 두 극의 해당 쿨롱 용량과 각각의 가역 리튬 이온 수에 따라 달라집니다.
일반적으로 질량 비율이 작으면 음극 재료의 불완전한 이용으로 이어지고, 질량 비율이 크면 음극의 과충전으로 인한 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 요컨대, 최적화된 질량 비율에서 2s 5600 lipo 배터리는 최고의 성능을 발휘합니다.
이상적인 Li-ion2s 5600 lipo 배터리 시스템의 경우, 용량 균형은 사이클 동안 변하지 않으며 각 사이클의 초기 용량은 일정한 값이지만 실제 상황은 훨씬 더 복잡합니다. 리튬 이온이나 전자를 생성하거나 소비할 수 있는 모든 부반응은 2s 5600 lipo 배터리의 용량 균형 변화를 초래할 수 있습니다. 2s 5600 lipo 배터리의 용량 균형이 변하면 그 변화는 되돌릴 수 없으며 여러 사이클을 거쳐 누적되어 2s 5600 lipo 배터리의 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 2s 5600 lipo 배터리에서는 리튬 이온이 탈삽입될 때 발생하는 산화환원 반응 외에도 전해질 분해, 활성 물질 용해, 금속 리튬 침전과 같은 많은 부반응이 존재합니다.

이유 1: 2s 5600 lipo 배터리가 과충전됨

1. 흑연 음극의 과충전 반응:
2s 5600 lipo 배터리가 과충전되면 리튬 이온이 쉽게 환원되어 음극 표면에 침착됩니다:
침착된 리튬이 음극 표면을 덮어 리튬 삽입을 차단합니다. 이로 인해 방전 효율 감소와 용량 손실이 발생합니다:
① 재활용 가능한 리튬 양을 줄입니다;
② 침착된 금속 리튬은 용매 또는 지지 전해질과 반응하여 Li2CO3, LiF 또는 기타 생성물을 형성합니다;
③ 금속 리튬은 보통 음극과 분리막 사이에 형성되며, 이는 분리막의 기공을 막고 2s 5600 lipo 배터리의 내부 저항을 증가시킬 수 있습니다;
④ 리튬은 매우 활성이 강해 전해질과 쉽게 반응하여 전해질을 소모하고, 이로 인해 방전 효율이 감소하고 용량 손실이 발생합니다.
고속 충전 시 전류 밀도가 너무 커서 음극이 심하게 분극되고 리튬 침착이 더 뚜렷해집니다. 이는 양극 활성 물질이 음극 활성 물질에 비해 과도할 때 발생하기 쉽습니다. 그러나 고속 충전 시에는 양극과 음극 활성 물질 비율이 정상이어도 금속 리튬 침착이 발생할 수 있습니다.
리튬 배터리 과충전에 대해서는 다음을 참조하세요: Lipo battery 4s 충전 및 방전 원리, 반드시 잘 보관하세요!
2. 양극 과충전 반응
양극 활성 물질과 음극 활성 물질의 비율이 너무 낮으면 양극 과충전이 발생하기 쉽습니다.
양극의 과충전으로 인한 용량 손실은 주로 전기화학적으로 비활성 물질(예: [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 등)의 생성에 기인하며, 이는 전극 간 용량 균형을 파괴하고 용량 손실은 되돌릴 수 없습니다.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
동시에, 밀폐된 2s 5600 lipo 배터리에서 양극 재료 분해로 생성된 산소가 재결합 반응(예: H2O 생성)이 없기 때문에 축적되며, 전해질 분해로 생성된 가연성 가스와 함께 그 결과는 상상할 수 없을 정도입니다.
(2) λ-MnO2
리튬-망간 산화물이 완전히 탈리튬될 때 리튬-망간 반응이 발생합니다: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. 과충전 시 전해질이 산화됨
압력이 4.5V 이상일 때, 전해질이 산화되어 불용성 물질(예: Li2Co3)과 가스를 생성합니다. 이러한 불용성 물질은 전극의 미세공을 막아 리튬 이온의 이동을 방해하여 사이클 중 용량 손실을 초래합니다.
산화 속도에 영향을 미치는 요인:
양극 재료의 표면적
전류 집전체 재료
첨가된 전도성제(카본 블랙 등)
카본 블랙의 종류 및 표면적
더 일반적으로 사용되는 전해질 중 EC/DMC가 가장 높은 산화 저항성을 가진 것으로 간주됩니다. 용액의 전기화학적 산화 과정은 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다: 용액→산화 생성물(기체, 용액 및 고체)+ne-
어떤 용매의 산화도 전해질 농도를 증가시키고 전해질 안정성을 감소시켜 궁극적으로 2s 5600 lipo 배터리의 용량에 영향을 미칩니다. 각 충전 시 소량의 전해질이 소모된다고 가정하면, 2s 5600 lipo 배터리 조립 시 더 많은 전해질이 필요합니다. 일정한 용기에서는 이는 활성 물질의 적재량이 줄어들어 초기 용량 감소를 초래합니다. 또한 고체 생성물이 형성되면 전극 표면에 수동화막이 형성되어 2s 5600 lipo 배터리의 분극이 증가하고 출력 전압이 감소합니다.

이유 2: 2s 5600 lipo 배터리 전해질 분해(환원)

나는 전극에서 분해됩니다
1. 양극에서 전해질이 분해됩니다:
전해질은 용매와 지지 전해질로 구성됩니다. 양극 분해 후에는 보통 Li2Co3 및 LiF와 같은 불용성 생성물이 형성되어 전극의 기공을 막아 2s 5600 lipo 배터리의 용량을 감소시킵니다. 전해질의 환원 반응은 2s 5600 lipo 배터리의 용량과 사이클 수명에 영향을 미치며, 부정적인 영향을 끼칩니다. 환원으로 생성된 가스는 2s 5600 lipo 배터리 내부 압력을 증가시켜 안전 문제를 초래합니다.
양극 분해 전압은 보통 4.5V (vs. Li/Li+) 이상이므로 양극에서 쉽게 분해되지 않습니다. 반대로 전해질은 음극에서 더 쉽게 분해됩니다.
리튬 배터리 전해질에 관한 다음 기사는 자세한 소개를 포함하고 있으며, 관심 있는 분들은 참고할 수 있습니다:
Cnhl 6s lipo 배터리 전해질, 실용 기능 및 고전적 시스템 구성
2. 음극에서 전해질이 분해됩니다:
전해질은 흑연 및 기타 리튬 삽입 탄소 음극에서 안정적이지 않으며, 쉽게 반응하여 비가역 용량을 생성합니다. 초기 충방전 동안 전해질의 분해는 전극 표면에 수동화막을 형성하며, 이 수동화막은 전해질과 탄소 음극을 분리하여 전해질의 추가 분해를 방지합니다. 따라서 탄소 음극의 구조적 안정성이 유지됩니다. 이상적인 조건에서는 전해질의 환원은 수동화막 형성 단계에 국한되며, 사이클이 안정적일 때 이 과정은 발생하지 않습니다.
수동막 형성
전해질 염의 환원은 수동막 형성에 참여하여 수동막의 안정화에 유익하지만
(1) 환원에 의해 생성된 불용성 물질은 용매 환원 생성물에 악영향을 미칩니다;
(2) 전해질 염이 감소하면 전해질 농도가 감소하여 결국 2s 5600 lipo 배터리의 용량 손실을 초래합니다 (LiPF6가 환원되어 LiF, LixPF5-x, PF3O 및 PF3를 형성);
(3) 수동막 형성은 리튬 이온을 소모하여 두 전극 간 용량 불균형을 초래하고 전체 2s 5600 lipo 배터리의 특수 용량을 감소시킵니다.
(4) 수동막에 균열이 있으면 용매 분자가 침투하여 수동막을 두껍게 하여 리튬을 더 많이 소모할 뿐만 아니라 탄소 표면의 미세공을 막아 리튬의 삽입 및 추출이 불가능해져 비가역적 용량 손실을 초래할 수 있습니다. CO2, N2O, CO, SO2 등과 같은 무기 첨가제를 전해질에 첨가하면 수동막 형성을 가속화하고 용매의 공동 삽입 및 분해를 억제할 수 있습니다. 크라운 에테르 유기 첨가제의 첨가도 동일한 효과가 있습니다. 12-크라운과 4-에테르가 최적입니다.
막 용량 손실 요인:
(1) 공정에 사용된 탄소의 종류;
(2) 전해질 조성;
(3) 전극 또는 전해질 내 첨가제.
Blyr는 이온 교환 반응이 활성 물질 입자의 표면에서 핵심으로 진행되며, 새로 형성된 상이 원래 활성 물질을 덮고 입자 표면에 이온 및 전자 전도도가 낮은 수동막이 형성되어 저장 후 스피넬이 저장 전보다 더 큰 분극을 가진다고 믿습니다.
Zhang은 표면 수동화층의 저항이 사이클 수가 증가함에 따라 증가하고 계면 정전 용량이 감소함을 발견했습니다. 이는 수동화층의 두께가 사이클 수에 따라 증가함을 반영합니다. 망간의 용출과 전해질의 분해는 수동화막 형성을 초래하며, 고온 조건이 이러한 반응의 진행에 더 유리합니다. 이는 활성 물질 입자 간의 접촉 저항과 Li+ 이동 저항을 증가시켜 2s 5600 lipo 배터리의 분극을 증가시키고, 충방전 불완전 및 용량 감소를 초래합니다.

II 전해질의 환원 메커니즘
전해질에는 종종 산소, 물, 이산화탄소 및 기타 불순물이 포함되어 있으며, 2s 5600 lipo 배터리의 충방전 과정에서 산화환원 반응이 발생합니다.
전해질의 환원 메커니즘은 용매 환원, 전해질 환원 및 불순물 환원의 세 가지 측면을 포함합니다:
1. 용매 환원
PC와 EC의 환원은 단일 전자 반응과 이중 전자 반응 과정을 포함하며, 이중 전자 반응은 Li2CO3를 형성합니다:
Fong 등은 첫 번째 방전 과정에서 전극 전위가 0.8V (vs. Li/Li+)에 가까워질 때, 흑연에서 PC/EC의 전기화학 반응이 발생하여 CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)와 LiCO3(s)를 생성하며, 이는 흑연 전극에서 비가역 용량 손실을 초래한다고 보았습니다.
Aurbach 등은 리튬 금속 전극과 탄소 기반 전극에서 다양한 전해질의 환원 메커니즘과 생성물에 대해 광범위한 연구를 수행했으며, PC의 단일 전자 반응 메커니즘이 ROCO2Li와 프로필렌을 생성함을 발견했습니다. ROCO2Li는 미량의 수분에 매우 민감하며, 미량 수분이 존재할 경우 주요 생성물은 Li2CO3와 프로필렌이지만, 건조 조건에서는 Li2CO3가 생성되지 않습니다.
DEC 복원:

Ein-Eli Y는 디에틸 카보네이트(DEC)와 디메틸 카보네이트(DMC)가 혼합된 전해질이 2s 5600 lipo battery에서 교환 반응을 일으켜 에틸 메틸 카보네이트(EMC)를 생성하며, 이는 용량 손실에 일부 영향을 미친다고 보고했습니다.
2. 전해질 환원
전해질의 환원 반응은 일반적으로 탄소 전극 표면막 형성에 관여하는 것으로 간주되므로, 그 종류와 농도는 탄소 전극의 성능에 영향을 미칩니다. 경우에 따라 전해질의 환원은 탄소 표면의 안정화에 기여하여 원하는 수동화 층을 형성할 수 있습니다.
(3) 용매 내 산소 존재도 Li2O를 형성합니다
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

금속 리튬과 완전히 삽입된 탄소 사이의 전위차가 작기 때문에, 탄소에서의 전해질 환원은 리튬에서의 환원과 유사합니다.

이유 3: 2s 5600 lipo battery 자가 방전

자가 방전은 2s 5600 lipo battery가 사용하지 않을 때 자연스럽게 용량이 손실되는 현상을 말합니다. 2s 5600 lipo battery 자가 방전(아래 lipo battery 자가 방전에 관한 글에는 자세한 소개가 있습니다: lipo battery 3s self-discharge dry goods!)은 두 가지 경우에서 용량 손실을 초래합니다:
하나는 가역 용량 손실입니다;
두 번째는 비가역 용량 손실입니다.
가역 용량 손실은 손실된 용량이 충전 중에 회복될 수 있음을 의미하며, 비가역 용량 손실은 그 반대입니다. 양극과 음극은 충전 상태의 micro-2s 5600 lipo battery에서 전해질과 상호작용하여 리튬 이온 삽입 및 탈삽입이 발생할 수 있습니다. 삽입 및 탈삽입된 리튬 이온은 전해질의 리튬 이온과만 관련되어 있으므로 양극과 음극의 용량이 불균형하며, 이 부분의 용량 손실은 충전 중에 회복될 수 없습니다. 예를 들면:
리튬 망간 산화물 양극과 용매는 마이크로 2s 5600 lipo 배터리 효과를 일으켜 자기 방전과 비가역적 용량 손실을 초래합니다:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
용매 분자(예: PC)는 전도성 물질인 카본 블랙 또는 전류 집전체 표면에서 마이크로 2s 5600 lipo 배터리 음극으로서 산화됩니다:
xPC→xPC-radical+xe-
마찬가지로 음극 활성 물질은 전해질과 상호 작용하여 자기 방전을 일으키고 비가역적 용량 손실을 초래할 수 있으며, 전해질(예: LiPF6)은 전도성 물질에서 환원됩니다:
PF5+xe-→PF5-x
충전 상태의 리튬 카바이드는 마이크로 2s 5600 lipo 배터리의 음극으로서 리튬 이온을 제거하여 산화됩니다:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
자기 방전에 영향을 미치는 요인: 양극 재료의 제조 공정, 2s 5600 lipo 배터리의 제조 공정, 전해질의 특성, 온도 및 시간.
자기 방전율은 주로 용매 산화율에 의해 제어되므로, 용매의 안정성은 2s 5600 lipo 배터리의 저장 수명에 영향을 미칩니다.
용매의 산화는 주로 카본 블랙 표면에서 발생하며, 카본 블랙의 표면적을 줄이면 자기 방전율을 제어할 수 있지만, LiMn2O4 양극 재료의 경우 활성 물질의 표면적을 줄이는 것도 똑같이 중요하며, 전류 집전체 표면이 용매 산화에 미치는 역할도 무시할 수 없습니다.
2s 5600 lipo 배터리 분리막을 통한 전류 누설도 Li-ion 2s 5600 lipo 배터리에서 자기 방전을 일으킬 수 있지만, 이 과정은 분리막의 저항에 의해 제한되며 매우 낮은 속도로 발생하고 온도와 무관합니다. 2s 5600 lipo 배터리의 자기 방전율이 온도에 크게 의존하는 점을 고려할 때, 이 과정은 자기 방전의 주요 메커니즘이 아닙니다.
음극이 완전히 충전된 상태이고 양극이 자기 방전되면 2s 5600 lipo 배터리의 용량 균형이 파괴되어 영구적인 용량 손실이 발생합니다.

장기간 또는 빈번한 자기 방전 동안 리튬이 탄소에 침착되어 전극 간 용량 불균형이 증가할 수 있습니다.
Pistoia 등은 다양한 전해질에서 세 가지 주요 금속 산화물 양극의 자기 방전율을 비교했으며, 자기 방전율이 전해질에 따라 다르다는 것을 발견했습니다. 자기 방전된 산화 생성물이 전극 재료의 미세공을 막아 리튬의 삽입 및 추출을 어렵게 하여 내부 저항을 증가시키고 방전 효율을 감소시켜 비가역적 용량 손실을 초래한다고 지적했습니다.
리튬 배터리에 대한 자세한 정보는 아래를 클릭하세요:
5600mah 2s lipo 배터리 모델링 기초