N/P 비율이 1초 리포 배터리에 미치는 영향은 무엇인가요?

1. N/P 비율이 1s 리포 배터리에 미치는 영향은 무엇인가?

일반적으로 우리는 N/P 비율이 너무 크다고 생각합니다. 즉, 음극이 너무 커서 1s 리포 배터리의 음극이 얕게 충전 및 방전되고 양극이 깊게 충전 및 방전됩니다(물론 그 반대도 마찬가지이며, 이는 매우 일반적인 설명일 뿐입니다). 완전히 충전된 음극은 리튬이 침전되기 쉽지 않습니다(소프트 및 하드 카본, LTO 재료와 같은 일부 재료는 리튬이 침전되지 않음), 이는 더 안전하지만 1s 리포 배터리 양극의 산화 상태 증가가 안전 위험을 높입니다.

1s 리포 배터리 음극의 첫 번째 효과가 동일하게 유지되기 때문에 더 많은 부분이 반응해야 합니다. 동시에 동역학의 영향으로 양극의 그램 용량이 낮아지지만, N/P 비율이 일정 수준 이하로 부족하면 양극을 완전히 활용할 수 없어 그램 용량 성능에도 영향을 미칩니다. 요약하면, 적절한 N/P 비율을 찾는 것이 매우 중요합니다.

흑연 음극을 사용하는 1s 리포 배터리의 N/P 비율은 1.0보다 커야 하며, 일반적으로 1.04~1.20입니다. 이는 주로 안전 설계를 위한 것으로, 음극에서 리튬 침전을 방지하기 위함이며, 코팅 편차와 같은 공정 능력도 설계 시 고려해야 합니다. 그러나 N/P 비율이 너무 크면 1s 리포 배터리의 비가역 용량 손실로 인해 용량이 낮아지고 에너지 밀도도 감소합니다.
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리튬 티타네이트 음극의 경우 양극 과잉 설계가 채택되며, 1s 리포 배터리의 용량은 리튬 티타네이트 음극의 용량에 의해 결정됩니다. 양극의 과잉 설계는 1s 리포 배터리의 고온 성능 향상에 유리합니다: 고온 가스는 주로 음극에서 발생합니다. 양극이 과잉 설계되면 음극 전위가 낮아지고 리튬 티타네이트 표면에 SEI 필름이 형성되기 쉽습니다.

2. 1s 리포 배터리 양극에 대한 N/P 비율의 영향

N/P 비율이 너무 높으면 1s 리포 배터리의 양극 재료의 산화 상태가 증가합니다. 안전 문제 외에 어떤 잠재적 위험이 있을까요? 여기서는 삼원계/흑연 재료만 예로 듭니다.
과잉 N/P 비율을 가진 배터리의 경우, 완전 충전 상태에서 핫박스(130°C/150°C) 또는 고온 저장 실험을 수행하고 배터리를 분해하면 보통 1s 리포 배터리의 양극 분말이 호일에서 분리되고 다이어프램이 황변되는 것을 발견합니다.
먼저 두 가지 개념을 정의합니다:
개념 1: 우선, 극판의 서로 다른 위치를 명확히 할 필요가 있으며, 입자의 서로 다른 위치의 반응이 균일하지 않더라도 이는 극판 두께 방향의 전위차 문제와 관련됩니다.
개념 2: Ni3+/4+와 Co3+/4+는 O와 에너지 밴드가 겹치며, O는 자유 라디칼 형태로 격자에서 추출되어 매우 강한 산화성을 가집니다.

다이어프램의 황변은 산화에 의해 발생하며, 그 메커니즘은 매우 명확합니다. 문헌에 따르면 1s 리포 배터리의 전해질에 PS와 같은 쉽게 산화되는 보호 첨가제를 첨가하면 다이어프램의 산화를 완화할 수 있다고 보고되었습니다.
문헌에 따르면 1s 리포 배터리의 음극 MCMB 재료에서는 음극 분말과 집전체 사이의 계면 전위가 가장 음성적이기 때문에 리튬 염 침전이 음극 분말과 집전체의 접촉 위치에서 먼저 발생하며, MCMB 재료의 단면에서 음극 재료와 집전체의 접촉 계면에 리튬 염 침전이 명확히 관찰됩니다. 그러나 흑연 기반 재료에서는 관찰되지 않습니다.

그러나 1s 리포 배터리의 양극 SEI 필름에 대한 연구는 거의 없습니다. 양극 분말과 집전체 사이의 접촉 위치가 높은 전위에 있고 산화가 심하기 때문에 양극 리튬 염 침전층이 형성될 것으로 추정됩니다(고온은 이 과정을 가속화합니다). 반응이 진행되면서 1s 리포 배터리의 양극 분말과 집전체 사이의 접촉을 방해하여 양극 분말과 집전체 사이의 박리가 발생합니다. 구체적인 특성화 실험은 수행되지 않았으며, 이것이 본 논문의 논쟁점이기도 합니다. 1s 리포 배터리 양극의 박리는 내부 저항을 증가시키고 고온 사용 조건에서 사이클 실패로 직접 이어집니다.

3. 1s 리포 배터리 음극에 대한 N/P 비율의 영향

방출된 과잉 리튬은 음극 표면에 리튬 염의 침착을 위한 리튬 공급원이 되며, 리튬 염의 지속적인 침착은 사이클 실패를 초래합니다. 따라서 너무 낮은 N/P 비율은 이 위험을 증가시킵니다.
하지만 여기서는 또 다른 차원에서 어떤 일이 일어날 수 있는지, N/P 비율이 너무 높으면 어떻게 되는지 논의합니다.

여기서는 동일한 1s 리포 배터리 양극을 사용하며, 음극 양을 조절하여 N/P 비율을 다르게 합니다. 1s 리포 배터리가 방전 종료 시, 낮은 N/P 비율의 양극과 음극 전압이 낮으며, 양극은 깊고 음극은 얕습니다. 1s 리포 배터리가 충전 종료 시, 낮은 N/P 비율의 양극과 음극 전압도 낮으며, 음극은 깊게 충전되고 양극은 얕게 충전됩니다.

리포 배터리 충전 및 방전에 관한 이 기사를 반드시 읽어야 합니다. 이 기사는 리포 배터리의 충전 및 방전 원리를 자세히 소개합니다:
리포 배터리 4s 충전 및 방전 원리, 반드시 잘 보관하세요!
주의할 점은:
1. 전위 곡선은 1s 리포 배터리의 충전 및 방전 두 과정을 나타내며, 평형 상태의 전위로 간주할 수 있습니다.
여기서는 1s 리포 배터리 양극의 첫 번째 효과로 인한 용량 감소는 무시합니다. 첫 번째 효과 손실 후에도 서로 다른 N/P 비율의 음극은 동일한 양극 곡선에 대응합니다. 1s 리포 배터리 양극의 첫 번째 효과 손실은 충전 초기에만 발생하며, 충전 종료 시 산화로 인한 필름 형성은 여기서 무시합니다. 실제로는 사이클 진행에 따라 산화 필름 형성이 용량에 영향을 미칩니다.

3. 음극의 첫 번째 효과 비율은 N/P 비율과 무관한 상수로 간주됩니다. 음극이 많을수록 1s 리포 배터리는 첫 번째 효과를 통해 많은 용량을 잃습니다. 반응이 일어나는 단계는 충전 초반입니다.
4. 양극과 음극 전위는 자유로우며, 유일한 제한은 전체 셀의 전압입니다. 방전 말단과 충전 말단에서 두 전체 셀의 전압은 각각 동일합니다.
1s 리포 배터리의 첫 번째 효과에서 반응하는 음극 비율은 동일하지만, 음극 총량이 다르기 때문에, 음극이 많은 경우와 적은 경우의 음극 충방전 곡선은 동일한 양극 충방전 곡선에 대해 위상 차이를 발생시킵니다.

양극 전위는 리튬 삽입 증가(방전 과정)에 따라 점차 감소하므로, 1s 리포 배터리 음극 de-Li/음극 전압 상승 과정에서, 음극이 많고 적은 음극에 대응하는 음극 방전 곡선 끝에 해당하는 양극 방전 곡선의 사용 위치는 다릅니다. 음극이 적은 음극에 대응하는 1s 리포 배터리의 양극 전압이 더 낮습니다.

동일한 완전 충전 전압을 달성하기 위해, 음극 전극이 적은 음극 전극의 전압 상승이 낮아지며, 이는 음극에서 과도한 리튬 제거를 방지합니다. 음극에서 과도한 리튬 제거는 1s 리포 배터리의 SEI 필름을 손상시키고 재형성하여 사이클 실패를 초래합니다. 이 분석 방법은 충전 종료 시에도 적용할 수 있으며, 1s 리포 배터리의 양극이 과도할 때 양극은 얕은 충전 상태이고 음극은 깊은 충전 상태임을 결론지었습니다.

요약

N/P 비율이 작은 1s 리포 배터리, 즉 음극이 과잉인 1s 리포 배터리의 경우, 양극은 사이클 중에 얕은 충전과 깊은 방전 상태에 도달할 수 있으며, 음극은 깊은 충전과 얕은 방전 상태에 있습니다. 그 반대도 마찬가지입니다.
자, 위 내용이 오늘의 전체 내용입니다. 이 글을 통해 모두가 1s 리포 배터리의 N/P 비율과 리포 배터리 N/P 비율이 배터리에 미치는 영향을 이해할 수 있기를 바랍니다. 더 많은 리포 배터리 정보는 아래에서 읽을 수 있습니다:
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