Leg in detail de redenen uit voor de capaciteitsafname van 2s 5600 lipo batterij

2s 5600 lipo battery is de snelst groeiende secundaire 2s 5600 lipo batterij na nikkel-cadmium en nikkel-waterstof 2s 5600 lipo batterijen. De hoge-energie-eigenschappen maken de toekomst ervan veelbelovend. Echter, de 2s 5600 lipo batterij is niet perfect, het grootste probleem is de stabiliteit van zijn laad-ontlaadcyclus.
CNHL vat de mogelijke redenen voor de capaciteitsafname van 2s 5600 lipo batterij samen en analyseert deze, waaronder overbelasting, elektrolytontleding en zelfontlading.
De 2s 5600 lipo batterij heeft verschillende intercalatie-energieën wanneer de intercalatiereactie tussen de twee elektroden plaatsvindt, en om de beste prestaties van de 2s 5600 lipo batterij te verkrijgen, moet de capaciteitsverhouding van de twee hostelektroden een evenwichtige waarde behouden.
In de 2s 5600 lipo batterij wordt de capaciteitsbalans uitgedrukt als de massaverhouding van de positieve elektrode tot de negatieve elektrode,
Dat wil zeggen: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
In bovenstaande formule verwijst C naar de theoretische coulombcapaciteit van de elektrode, en Δx en Δy verwijzen respectievelijk naar het stoichiometrische aantal lithiumionen ingebed in de negatieve en positieve elektrode. Uit de bovenstaande formule blijkt dat de vereiste massaverhouding van de twee polen afhangt van de overeenkomstige coulombcapaciteit van de twee polen en het aantal respectievelijke reversibele lithiumionen.
Over het algemeen leidt een kleinere massaverhouding tot onvolledige benutting van het negatieve elektrode materiaal; een grotere massaverhouding kan een veiligheidsrisico veroorzaken door overbelasting van de negatieve elektrode. Kortom, bij de geoptimaliseerde massaverhouding heeft de 2s 5600 lipo batterij de beste prestaties.
Voor een ideaal Li-ion2s 5600 lipo batterijsysteem verandert de capaciteitsbalans niet tijdens de cyclus, en de initiële capaciteit in elke cyclus is een bepaalde waarde, maar de werkelijke situatie is veel complexer. Elke nevenreactie die lithiumionen of elektronen kan genereren of verbruiken, kan een verandering in de capaciteitsbalans van de 2s 5600 lipo batterij veroorzaken. Zodra de capaciteitsbalans van de 2s 5600 lipo batterij verandert, is die verandering onomkeerbaar en kan deze zich cumulatief voordoen over meerdere cycli, wat een ernstige impact heeft op de prestaties van de 2s 5600 lipo batterij. In de 2s 5600 lipo batterij zijn er naast de redoxreactie die optreedt wanneer lithiumionen worden gedeïntercaleerd, ook veel nevenreacties, zoals elektrolytontleding, oplossing van actief materiaal en afzetting van metallisch lithium.

Reden 1: 2s 5600 lipo batterij is overbeladen

1. Overlaadreactie van grafiet negatieve elektrode:
Wanneer de 2s 5600 lipo batterij wordt overladen, worden lithiumionen gemakkelijk gereduceerd en afgezet op het oppervlak van de negatieve elektrode:
Het afgezet lithium bedekt het oppervlak van de negatieve elektrode, waardoor de intercalatie van lithium wordt geblokkeerd. Dit resulteert in verminderde ontlaadefficiëntie en capaciteitsverlies door:
① Vermindert de hoeveelheid recyclebaar lithium;
② Het afgezet metallisch lithium reageert met het oplosmiddel of de ondersteunende elektrolyt om Li2CO3, LiF of andere producten te vormen;
③ Metallisch lithium wordt meestal gevormd tussen de negatieve elektrode en de separator, wat de poriën van de separator kan blokkeren en de interne weerstand van de 2s 5600 lipo batterij verhoogt;
④ Vanwege de zeer reactieve aard van lithium reageert het gemakkelijk met de elektrolyt en verbruikt het de elektrolyt, wat leidt tot een vermindering van de ontlaadefficiëntie en capaciteitsverlies.
Snelladen, de stroomdichtheid is te hoog, de negatieve elektrode is sterk gepolariseerd, en de afzetting van lithium zal duidelijker zijn. Dit komt waarschijnlijk voor wanneer het actieve materiaal van de positieve elektrode overmatig is ten opzichte van het actieve materiaal van de negatieve elektrode. Echter, bij een hoge laadstroom kan afzetting van metallisch lithium optreden, zelfs als de verhouding van positieve en negatieve actieve materialen normaal is.
Voor overladen van lithiumbatterijen, zie het volgende: Lipo batterij 4s laad- en ontlaadprincipe, zorg dat je hem goed opslaat!
2. Overlaadreactie van de positieve elektrode
Wanneer de verhouding van actief materiaal van de positieve elektrode tot dat van de negatieve elektrode te laag is, is overladen van de positieve elektrode waarschijnlijk.
Het capaciteitsverlies veroorzaakt door overladen van de positieve elektrode is voornamelijk te wijten aan de vorming van elektrochemisch inerte stoffen (zoals Co3O4, Mn2O3, enz.), die het capaciteitsbalans tussen de elektroden vernietigen, en het capaciteitsverlies is onomkeerbaar.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Tegelijkertijd hoopt het zuurstof dat vrijkomt door de ontleding van het positieve elektrode-materiaal in de afgesloten 2s 5600 lipo batterij zich op omdat er geen recombinatiereactie is (zoals de vorming van H2O) en het brandbare gas dat vrijkomt door de ontleding van de elektrolyt, en de gevolgen zullen onvoorstelbaar zijn.
(2) λ-MnO2
De lithium-mangaanreactie vindt plaats wanneer het lithium-mangaanoxide volledig gedelithieerd is: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. De elektrolyt wordt geoxideerd bij overladen
Wanneer de druk hoger is dan 4,5V, wordt de elektrolyt geoxideerd om onoplosbare stoffen (zoals Li2Co3) en gassen te genereren. Deze onoplosbare stoffen blokkeren de microporiën van de elektrode en belemmeren de migratie van lithiumionen, wat resulteert in capaciteitsverlies tijdens het cyclen.
Factoren die de snelheid van oxidatie beïnvloeden:
Het oppervlak van het positieve elektrode materiaal
Materiaal van de stroomverzamelaar
Toegevoegde geleidingsmiddel (koolstofzwart, enz.)
Het type en het oppervlak van koolstofzwart
Onder de meer gebruikte elektrolyten wordt EC/DMC beschouwd als degene met de hoogste oxidatieweerstand. Het elektrochemische oxidatieproces van de oplossing wordt over het algemeen uitgedrukt als: oplossing→oxidatieproduct (gas, oplossing en vaste stof)+ne-
De oxidatie van elk oplosmiddel zal de elektrolytconcentratie verhogen, de elektrolytstabiliteit verlagen en uiteindelijk de capaciteit van de 2s 5600 lipo batterij beïnvloeden. Stel dat er bij elke lading een kleine hoeveelheid elektrolyt wordt verbruikt, dan is er meer elektrolyt nodig bij de assemblage van de 2s 5600 lipo batterij. Voor een constante behuizing betekent dit dat er een kleinere hoeveelheid actieve stof wordt geladen, wat resulteert in een afname van de initiële capaciteit. Bovendien, als er een vast product wordt geproduceerd, zal er een passiveringsfilm worden gevormd op het oppervlak van de elektrode, wat de polarisatie van de 2s 5600 lipo batterij verhoogt en de uitgangsspanning van de 2s 5600 lipo batterij verlaagt.

Reden 2: 2s 5600 lipo batterij elektrolyt ontleding (reductie)

Ik ontleed op de elektrode
1. De elektrolyt wordt ontleed op de positieve elektrode:
De elektrolyt bestaat uit een oplosmiddel en een ondersteunende elektrolyt. Na de ontleding van de positieve elektrode worden meestal onoplosbare producten zoals Li2Co3 en LiF gevormd, die de capaciteit van de 2s 5600 lipo batterij verminderen door de poriën van de elektrode te blokkeren. De reductiereactie van de elektrolyt beïnvloedt de capaciteit en levensduur van de 2s 5600 lipo batterij. Dit heeft nadelige effecten, en het gas dat door de reductie wordt gegenereerd, verhoogt de interne druk van de 2s 5600 lipo batterij, wat veiligheidsproblemen veroorzaakt.
De ontledingsspanning van de positieve elektrode is gewoonlijk hoger dan 4,5V (vs. Li/Li+), dus ze ontleden niet gemakkelijk op de positieve elektrode. Integendeel, de elektrolyt ontleedt gemakkelijker op de negatieve elektrode.
Het volgende artikel over lithiumbatterij elektrolyt bevat een gedetailleerde introductie, en geïnteresseerde partners kunnen dit raadplegen:
Cnhl 6s lipo batterij elektrolyt, praktische functie en klassieke systeemopbouw
2. De elektrolyt wordt ontleed op de negatieve elektrode:
De elektrolyt is niet stabiel op grafiet en andere lithium-geïntegreerde koolstofanodes, en reageert gemakkelijk om onomkeerbare capaciteit te genereren. Tijdens de initiële lading en ontlading zal de ontleding van de elektrolyt een passiveringsfilm vormen op het oppervlak van de elektrode, en de passiveringsfilm kan de elektrolyt scheiden van de koolstof negatieve elektrode om verdere ontleding van de elektrolyt te voorkomen. Hierdoor wordt de structurele stabiliteit van de koolstofanode behouden. Onder ideale omstandigheden is de reductie van de elektrolyt beperkt tot de fase van passiveringsfilmvorming, en dit proces vindt niet plaats wanneer de cyclus stabiel is.
Vorming van passivatielaag
De reductie van elektrolytzouten draagt bij aan de vorming van de passivatielaag, wat gunstig is voor de stabilisatie van de passivatielaag, maar
(1) De onoplosbare stof die door de reductie wordt geproduceerd, heeft een nadelig effect op het product van solventreductie;
(2) De concentratie van de elektrolyt neemt af wanneer het elektrolytzout wordt verminderd, wat uiteindelijk leidt tot capaciteitsverlies van de 2s 5600 lipo batterij (LiPF6 wordt gereduceerd tot LiF, LixPF5-x, PF3O en PF3);
(3) De vorming van de passivatielaag verbruikt lithiumionen, wat de capaciteitsbalans tussen de twee elektroden verstoort en de specifieke capaciteit van de gehele 2s 5600 lipo batterij vermindert.
(4) Als er scheuren in de passivatielaag zijn, kunnen solventmoleculen doordringen en de passivatielaag verdikken, wat niet alleen meer lithium verbruikt, maar ook de microporiën op het koolstofoppervlak kan blokkeren, waardoor lithium niet kan worden ingebracht en uitgenomen, wat leidt tot onomkeerbaar capaciteitsverlies. Het toevoegen van enkele anorganische additieven aan de elektrolyt, zoals CO2, N2O, CO, SO2, enz., kan de vorming van de passivatielaag versnellen en de co-insertie en ontleding van het solvent remmen. Het toevoegen van kroonether-organische additieven heeft hetzelfde effect. 12-kronen en 4-ethers zijn het beste.
Factoren voor capaciteitsverlies van de film:
(1) Het type koolstof dat in het proces wordt gebruikt;
(2) Samenstelling van de elektrolyt;
(3) Additieven in elektroden of elektrolyten.
Blyr gelooft dat de ionenuitwisselingsreactie zich voortzet van het oppervlak van het actieve materiaaldeeltje naar de kern, de nieuw gevormde fase begraaft het oorspronkelijke actieve materiaal, en er een passieve film met lage ionische en elektronische geleidbaarheid op het oppervlak van het deeltje wordt gevormd, waardoor de spinel na opslag een grotere polarisatie vertoont dan voor opslag.
Zhang ontdekte dat de weerstand van de passivatielaag aan het oppervlak toenam en de interfaciale capaciteit afnam met het toenemen van het aantal cycli. Dit weerspiegelt dat de dikte van de passivatielaag toeneemt met het aantal cycli. Het oplossen van mangaan en de ontleding van de elektrolyt leiden tot de vorming van passivatiefilms, en hoge temperatuurcondities bevorderen deze reacties. Dit verhoogt de contactweerstand tussen de actieve materiaaldeeltjes en de Li+ migratieweerstand, waardoor de polarisatie van de 2s 5600 lipo batterij toeneemt, de lading en ontlading onvolledig zijn en de capaciteit afneemt.

II Reductiemechanisme van elektrolyt
De elektrolyt bevat vaak zuurstof, water, kooldioxide en andere onzuiverheden, en redoxreacties vinden plaats tijdens het laad- en ontlaadproces van de 2s 5600 lipo batterij.
Het reductiemechanisme van de elektrolyt omvat drie aspecten: solventreductie, elektrolytreductie en onzuiverheidsreductie:
1. Oplosmiddelreductie
De reductie van PC en EC omvat een een-elektron reactie en een twee-elektron reactieproces, en de twee-elektron reactie vormt Li2CO3:
Fong et al. geloofden dat tijdens het eerste ontlaadproces, wanneer het elektrodepotentiaal dicht bij 0,8V (vs. Li/Li+) was, de elektrochemische reactie van PC/EC op grafiet plaatsvond om CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) en LiCO3(s) te genereren, wat leidde tot onomkeerbaar capaciteitsverlies op grafietelektroden.
Aurbach et al. voerden uitgebreid onderzoek uit naar het reductiemechanisme en de producten van verschillende elektrolyten op lithiummetaalelektroden en koolstofgebaseerde elektroden, en ontdekten dat het een-elektron reactiemechanisme van PC ROCO2Li en propyleen produceert. ROCO2Li is zeer gevoelig voor sporen water. De hoofproducten zijn Li2CO3 en propyleen in aanwezigheid van sporen water, maar er wordt geen Li2CO3 geproduceerd onder droge omstandigheden.
Herstel van DEC:

Ein-Eli Y meldde dat de elektrolyt gemengd met diëthylcarbonaat (DEC) en dimethylcarbonaat (DMC) een uitwisselingsreactie ondergaat in een 2s 5600 lipo batterij om ethylmethylcarbonaat (EMC) te genereren, wat enig effect heeft op het capaciteitsverlies.
2. Elektrolyt reductie
De reductiereactie van de elektrolyt wordt over het algemeen beschouwd als betrokken bij de vorming van de koolstofelektrode oppervlakfilm, dus het type en de concentratie ervan zullen de prestaties van de koolstofelektrode beïnvloeden. In sommige gevallen draagt de reductie van de elektrolyt bij aan de stabilisatie van het koolstofoppervlak, wat de gewenste passiveringslaag kan vormen.
(3) De aanwezigheid van zuurstof in het oplosmiddel zal ook Li2O vormen
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Omdat het potentiaalverschil tussen metallisch lithium en volledig geïntercaleerde koolstof klein is, is de reductie van de elektrolyt op koolstof vergelijkbaar met de reductie op lithium.

Reden 3: 2s 5600 lipo batterij zelfontlading

Zelfontlading verwijst naar het fenomeen dat de capaciteit van de 2s 5600 lipo batterij natuurlijk verloren gaat wanneer deze niet in gebruik is. 2s 5600 lipo batterij zelfontlading (het volgende artikel over lipo batterij zelfontlading heeft een gedetailleerde introductie: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) leidt tot capaciteitsverlies in twee gevallen:
Eén is het omkeerbare capaciteitsverlies;
De tweede is het verlies van onomkeerbare capaciteit.
Omkeerbaar capaciteitsverlies betekent dat de verloren capaciteit kan worden hersteld tijdens het opladen, terwijl onomkeerbaar capaciteitsverlies het tegenovergestelde is. De positieve en negatieve elektroden kunnen reageren met de elektrolyt voor een micro-2s 5600 lipo batterij in de opgeladen toestand, wat resulteert in lithiumion intercalatie en deintercalatie. De geïntercaleerde en gedeïntercaleerde lithiumionen zijn alleen gerelateerd aan de lithiumionen van de elektrolyt, dus de capaciteit van de positieve en negatieve elektroden is uit balans, en dit deel van het capaciteitsverlies kan niet worden hersteld tijdens het opladen. zoals:
De lithium-mangaanoxide positieve elektrode en het oplosmiddel zullen een micro-2s 5600 lipo batterij effect hebben, wat resulteert in zelfontlading en onomkeerbaar capaciteitsverlies:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Oplosmiddelmoleculen (zoals PC) worden geoxideerd als micro 2s 5600 lipo batterij negatieve elektrode op het oppervlak van het geleidende materiaal koolstofzwart of stroomverzamelaar:
xPC→xPC-radicaal+xe-
Evenzo kan het negatieve actieve materiaal met de elektrolyt reageren om zelfontlading te veroorzaken en onomkeerbaar capaciteitsverlies te veroorzaken, en de elektrolyt (zoals LiPF6) wordt gereduceerd op het geleidende materiaal:
PF5+xe-→PF5-x
Lithiumcarbide in opgeladen toestand wordt geoxideerd door lithiumionen te verwijderen als de negatieve elektrode van de micro 2s 5600 lipo batterij:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Factoren die zelfontlading beïnvloeden: het productieproces van het positieve elektrode-materiaal, het productieproces van de 2s 5600 lipo batterij, de eigenschappen van de elektrolyt, temperatuur en tijd.
De zelfontladingssnelheid wordt voornamelijk bepaald door de oxidatiesnelheid van het oplosmiddel, dus de stabiliteit van het oplosmiddel beïnvloedt de opslagduur van de 2s 5600 lipo batterij.
De oxidatie van het oplosmiddel vindt voornamelijk plaats op het oppervlak van koolstofzwart, en het verkleinen van het oppervlak van koolstofzwart kan de zelfontladingssnelheid beheersen, maar voor LiMn2O4 kathodematerialen is het even belangrijk om het oppervlak van actieve materialen te verkleinen, en de rol van het oppervlak van de stroomverzamelaar bij oplosmiddeloxidatie kan niet worden genegeerd.
Stroomlekkage door de separator van de 2s 5600 lipo batterij kan ook zelfontlading veroorzaken in de Li-ion 2s 5600 lipo batterij, maar dit proces wordt beperkt door de weerstand van de separator, vindt plaats met een zeer lage snelheid en is onafhankelijk van de temperatuur. Aangezien de zelfontladingssnelheid van de 2s 5600 lipo batterij sterk temperatuurafhankelijk is, is dit proces niet het hoofdmechanisme bij zelfontlading.
Als de negatieve elektrode volledig opgeladen is en de positieve elektrode zelfontlaadt, wordt de capaciteitsbalans in de 2s 5600 lipo batterij verstoord, wat leidt tot permanent capaciteitsverlies.

Tijdens langdurige of frequente zelfontlading kan lithium zich afzetten op het koolstof, waardoor de capaciteitsbalans tussen de elektroden toeneemt.
Pistoia et al. vergeleken de zelfontladingssnelheden van drie hoofdmetaaloxide kathodes in verschillende elektrolyten en ontdekten dat de zelfontladingssnelheden varieerden met verschillende elektrolyten. Er wordt opgemerkt dat de door zelfontlading gevormde oxidatieproducten de microporiën op het elektrode-materiaal blokkeren, waardoor de intercalatie en extractie van lithium moeilijk wordt, de interne weerstand toeneemt en de ontlaadefficiëntie afneemt, wat resulteert in onomkeerbaar capaciteitsverlies.
Voor meer informatie over lithiumbatterijen, klik hieronder:
5600mah 2s lipo batterij modellering basisprincipes