Wyjaśnij szczegółowo przyczyny spadku pojemności baterii 2s 5600 lipo

2s 5600 lipo battery jest najszybciej rozwijającą się baterią wtórną 2s 5600 lipo po bateriach niklowo-kadmowych i niklowo-wodorowych 2s 5600 lipo. Jej właściwości wysokiej energii sprawiają, że przyszłość wygląda obiecująco. Jednak bateria 2s 5600 lipo nie jest doskonała, jej największym problemem jest stabilność cyklu ładowania i rozładowania.
CNHL podsumowuje i analizuje możliwe przyczyny spadku pojemności baterii 2s 5600 lipo, w tym przeładowanie, rozkład elektrolitu oraz samorozładowanie.
Bateria 2s 5600 lipo ma różne energie interkalacji podczas reakcji interkalacji między dwiema elektrodami, a aby uzyskać najlepszą wydajność baterii 2s 5600 lipo, stosunek pojemności obu elektrod powinien utrzymywać wartość równowagi.
W baterii 2s 5600 lipo bilans pojemności wyraża się jako stosunek masy elektrody dodatniej do elektrody ujemnej,
To znaczy: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
W powyższym wzorze C oznacza teoretyczną pojemność kulombową elektrody, a Δx i Δy oznaczają stechiometryczną liczbę jonów litu wnikających odpowiednio w elektrodę ujemną i dodatnią. Z powyższego wzoru wynika, że wymagany stosunek masy obu biegunów zależy od odpowiadającej im pojemności kulombowej oraz liczby ich odwracalnych jonów litu.
Ogólnie rzecz biorąc, mniejszy stosunek masy prowadzi do niepełnego wykorzystania materiału elektrody ujemnej; większy stosunek masy może powodować zagrożenie bezpieczeństwa z powodu przeładowania elektrody ujemnej. Krótko mówiąc, przy zoptymalizowanym stosunku masy bateria 2s 5600 lipo osiąga najlepszą wydajność.
Dla idealnego systemu baterii Li-ion2s 5600 lipo, bilans pojemności nie zmienia się podczas cyklu, a początkowa pojemność w każdym cyklu ma określoną wartość, jednak rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana. Każda reakcja uboczna, która może generować lub zużywać jony litu lub elektrony, może spowodować zmianę bilansu pojemności baterii 2s 5600 lipo. Gdy bilans pojemności baterii 2s 5600 lipo ulegnie zmianie, zmiana ta jest nieodwracalna i może się kumulować przez wiele cykli, co poważnie wpływa na wydajność baterii 2s 5600 lipo. W baterii 2s 5600 lipo, oprócz reakcji redoks zachodzącej podczas deinterkalacji jonów litu, występuje także wiele reakcji ubocznych, takich jak rozkład elektrolitu, rozpuszczanie materiału aktywnego oraz osadzanie się metalicznego litu.

Powód 1: bateria 2s 5600 lipo jest przeładowana

1. Reakcja przeładowania elektrody ujemnej z grafitu:
Gdy bateria 2s 5600 lipo jest przeładowana, jony litu łatwo ulegają redukcji i osadzają się na powierzchni elektrody ujemnej:
Osadzony lit pokrywa powierzchnię elektrody ujemnej, blokując interkalację litu. Skutkuje to obniżeniem wydajności rozładowania i utratą pojemności z powodu:
① Zmniejszenie ilości litu możliwego do odzyskania;
② Osadzony metaliczny lit reaguje z rozpuszczalnikiem lub elektrolitem wspomagającym, tworząc Li2CO3, LiF lub inne produkty;
③ Metaliczny lit zwykle tworzy się między elektrodą ujemną a separatorem, co może zablokować pory separatora i zwiększyć opór wewnętrzny baterii 2s 5600 lipo;
④ Ze względu na bardzo aktywną naturę litu łatwo reaguje on z elektrolitem i zużywa go, co skutkuje obniżeniem wydajności rozładowania i utratą pojemności.
Szybkie ładowanie, zbyt duża gęstość prądu, elektroda ujemna jest silnie spolaryzowana, a osadzanie litu będzie bardziej widoczne. Może to wystąpić, gdy aktywny materiał elektrody dodatniej jest nadmierny w stosunku do aktywnego materiału elektrody ujemnej. Jednak przy wysokiej szybkości ładowania osadzanie metalicznego litu może wystąpić nawet przy normalnym stosunku aktywnych materiałów elektrody dodatniej i ujemnej.
W przypadku przeładowania baterii litowych prosimy o zapoznanie się z następującym: Zasada ładowania i rozładowania baterii Lipo 4s, koniecznie przechowuj ją odpowiednio!
2. Reakcja przeładowania elektrody dodatniej
Gdy stosunek aktywnego materiału elektrody dodatniej do aktywnego materiału elektrody ujemnej jest zbyt niski, prawdopodobne jest wystąpienie przeładowania elektrody dodatniej.
Utrata pojemności spowodowana przeładowaniem elektrody dodatniej wynika głównie z powstawania elektrochemicznie obojętnych substancji (takich jak Co3O4, Mn2O3 itp.), które niszczą równowagę pojemności między elektrodami, a utrata pojemności jest nieodwracalna.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Jednocześnie tlen powstający w wyniku rozkładu materiału dodatniego elektrody w uszczelnionej baterii 2s 5600 lipo gromadzi się, ponieważ nie zachodzi reakcja rekombinacji (np. powstawanie H2O) oraz powstaje łatwopalny gaz z rozkładu elektrolitu, a konsekwencje mogą być nie do wyobrażenia.
(2) λ-MnO2
Reakcja litu z manganem zachodzi, gdy tlenek litu i manganu jest całkowicie odlitowany: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolit ulega utlenieniu podczas przeładowania
Gdy ciśnienie jest wyższe niż 4,5V, elektrolit ulega utlenieniu, tworząc nierozpuszczalne substancje (takie jak Li2Co3) i gazy. Te nierozpuszczalne substancje zatykają mikropory elektrody i utrudniają migrację jonów litu, co skutkuje utratą pojemności podczas cykli.
Czynniki wpływające na szybkość utleniania:
Powierzchnia materiału elektrody dodatniej
Materiał kolektora prądu
Dodany środek przewodzący (czarny węgiel itp.)
Rodzaj i powierzchnia czarnego węgla
Spośród częściej stosowanych elektrolitów EC/DMC uważany jest za mający najwyższą odporność na utlenianie. Proces elektrochemicznego utleniania roztworu jest zwykle wyrażany jako: roztwór→produkt utleniania (gaz, roztwór i substancja stała)+ne-
Utlenianie dowolnego rozpuszczalnika zwiększa stężenie elektrolitu, zmniejsza jego stabilność i ostatecznie wpływa na pojemność baterii 2s 5600 lipo. Zakładając, że niewielka ilość elektrolitu jest zużywana przy każdym ładowaniu, podczas montażu baterii 2s 5600 lipo potrzebna jest większa ilość elektrolitu. Dla stałego pojemnika oznacza to mniejszą ilość załadowanej substancji czynnej, co skutkuje spadkiem początkowej pojemności. Ponadto, jeśli powstaje produkt stały, na powierzchni elektrody tworzy się warstwa pasywacyjna, co powoduje wzrost polaryzacji baterii 2s 5600 lipo i obniża napięcie wyjściowe baterii 2s 5600 lipo.

Powód 2: rozkład elektrolitu baterii 2s 5600 lipo (redukcja)

Rozkładam się na elektrodzie
1. Elektrolit ulega rozkładowi na elektrodzie dodatniej:
Elektrolit składa się z rozpuszczalnika i elektrolitu wspomagającego. Po rozkładzie na elektrodzie dodatniej zwykle powstają nierozpuszczalne produkty, takie jak Li2Co3 i LiF, które zmniejszają pojemność baterii 2s 5600 lipo, blokując pory elektrody. Reakcja redukcji elektrolitu wpływa na pojemność i żywotność cyklu baterii 2s 5600 lipo. Ma to negatywne skutki, a gaz powstający podczas redukcji zwiększa ciśnienie wewnętrzne baterii 2s 5600 lipo, powodując problemy z bezpieczeństwem.
Napięcie rozkładu na elektrodzie dodatniej zwykle przekracza 4,5 V (względem Li/Li+), dlatego elektrolit nie ulega łatwo rozkładowi na elektrodzie dodatniej. Wręcz przeciwnie, elektrolit łatwiej ulega rozkładowi na elektrodzie ujemnej.
Poniższy artykuł o elektrolicie baterii litowej zawiera szczegółowe wprowadzenie, zainteresowani partnerzy mogą się z nim zapoznać:
Elektrolit baterii Cnhl 6s lipo, praktyczna funkcja i klasyczna konstrukcja systemu
2. Elektrolit ulega rozkładowi na elektrodzie ujemnej:
Elektrolit nie jest stabilny na grafitowych i innych anodach węglowych z wprowadzonym litem, i łatwo reaguje, generując nieodwracalną pojemność. Podczas początkowego ładowania i rozładowania rozkład elektrolitu tworzy na powierzchni elektrody warstwę pasywacyjną, która może oddzielić elektrolit od ujemnej elektrody węglowej, zapobiegając dalszemu rozkładowi elektrolitu. W ten sposób utrzymywana jest stabilność strukturalna anody węglowej. W idealnych warunkach redukcja elektrolitu ogranicza się do etapu tworzenia warstwy pasywacyjnej i ten proces nie zachodzi, gdy cykl jest stabilny.
Tworzenie warstwy pasywacyjnej
Redukcja soli elektrolitu uczestniczy w tworzeniu warstwy pasywacyjnej, co sprzyja stabilizacji warstwy pasywacyjnej, ale
(1) Nierozpuszczalne produkty powstałe w wyniku redukcji mają negatywny wpływ na produkt redukcji rozpuszczalnika;
(2) Stężenie elektrolitu maleje, gdy zmniejsza się ilość soli elektrolitu, co ostatecznie prowadzi do utraty pojemności baterii 2s 5600 lipo (LiPF6 redukuje się do LiF, LixPF5-x, PF3O i PF3);
(3) Tworzenie warstwy pasywacyjnej zużywa jony litu, co powoduje nierównowagę pojemności między dwiema elektrodami i zmniejsza pojemność właściwą całej baterii 2s 5600 lipo.
(4) Jeśli na warstwie pasywacyjnej pojawią się pęknięcia, cząsteczki rozpuszczalnika mogą przenikać i pogrubiać warstwę pasywacyjną, co nie tylko zużywa więcej litu, ale także może zablokować mikropory na powierzchni węgla, uniemożliwiając wnikanie i ekstrakcję litu, co prowadzi do nieodwracalnej utraty pojemności. Dodanie niektórych nieorganicznych dodatków do elektrolitu, takich jak CO2, N2O, CO, SO2 itp., może przyspieszyć tworzenie warstwy pasywacyjnej i hamować współwstawianie oraz rozkład rozpuszczalnika. Dodatek organicznych dodatków typu crown ether ma podobny efekt. 12-członowe korony i 4-eterowe są najlepsze.
Czynniki powodujące utratę pojemności filmu:
(1) Rodzaj węgla użytego w procesie;
(2) Skład elektrolitu;
(3) Dodatki w elektrodach lub elektrolitach.
Blyr uważa, że reakcja wymiany jonowej postępuje od powierzchni cząstki materiału aktywnego do jej rdzenia, nowa faza powstała pokrywa oryginalny materiał aktywny, a na powierzchni cząstki tworzy się pasywna warstwa o niskiej przewodności jonowej i elektronicznej, dlatego spinel po przechowywaniu wykazuje większą polaryzację niż przed przechowywaniem.
Zhang zauważył, że opór warstwy pasywacyjnej na powierzchni wzrasta, a pojemność międzyfazowa maleje wraz ze wzrostem liczby cykli. Oznacza to, że grubość warstwy pasywacyjnej zwiększa się wraz z liczbą cykli. Rozpuszczanie manganu i rozkład elektrolitu prowadzą do powstania filmów pasywacyjnych, a warunki wysokiej temperatury sprzyjają przebiegowi tych reakcji. To zwiększa opór kontaktowy między cząstkami materiału aktywnego oraz opór migracji Li+, co z kolei zwiększa polaryzację baterii 2s 5600 lipo, powoduje niepełne ładowanie i rozładowanie oraz zmniejsza pojemność.

II Mechanizm redukcji elektrolitu
Elektrolit często zawiera tlen, wodę, dwutlenek węgla i inne zanieczyszczenia, a reakcje redoks zachodzą podczas procesu ładowania i rozładowywania baterii 2s 5600 lipo.
Mechanizm redukcji elektrolitu obejmuje trzy aspekty: redukcję rozpuszczalnika, redukcję elektrolitu oraz redukcję zanieczyszczeń:
1. Redukcja rozpuszczalnika
Redukcja PC i EC obejmuje proces reakcji jednoelektronowej i dwu-elektronowej, a reakcja dwu-elektronowa tworzy Li2CO3:
Fong i in. uważali, że podczas pierwszego procesu rozładowania, gdy potencjał elektrody był bliski 0,8 V (względem Li/Li+), na grafitowej elektrodzie zachodziła reakcja elektrochemiczna PC/EC, tworząc CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) i LiCO3(s), co prowadziło do nieodwracalnej utraty pojemności na elektrodach grafitowych.
Aurbach i in. przeprowadzili obszerne badania mechanizmu redukcji i produktów różnych elektrolitów na elektrodach metalicznego litu i elektrodach węglowych, i odkryli, że mechanizm reakcji jednoelektronowej PC produkuje ROCO2Li i propylenu. ROCO2Li jest bardzo wrażliwy na śladową ilość wody. Główne produkty to Li2CO3 i propylen w obecności śladowej ilości wody, ale w warunkach suchych nie powstaje Li2CO3.
Odtworzenie DEC:

Ein-Eli Y doniósł, że elektrolit zmieszany z węglanem dietylowym (DEC) i węglanem dimetylowym (DMC) przejdzie reakcję wymiany w 2s 5600 lipo battery, tworząc węglan etylometylowy (EMC), co ma pewien wpływ na utratę pojemności.
2. Redukcja elektrolitu
Reakcja redukcji elektrolitu jest ogólnie uważana za zaangażowaną w tworzenie filmu powierzchniowego elektrody węglowej, więc jego typ i stężenie będą wpływać na wydajność elektrody węglowej. W niektórych przypadkach redukcja elektrolitu przyczynia się do stabilizacji powierzchni węgla, co może tworzyć pożądaną warstwę pasywacyjną.
(3) Obecność tlenu w rozpuszczalniku również spowoduje powstanie Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Ponieważ różnica potencjałów między metalicznym litem a w pełni interkalowanym węglem jest mała, redukcja elektrolitu na węglu jest podobna do redukcji na litu.

Powód 3: samorozładowanie 2s 5600 lipo battery

Samorozładowanie odnosi się do zjawiska, że pojemność 2s 5600 lipo battery naturalnie się zmniejsza, gdy nie jest używana. Samorozładowanie 2s 5600 lipo battery (w dalszej części artykułu o samorozładowaniu lipo battery znajduje się szczegółowe wprowadzenie: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) prowadzi do utraty pojemności w dwóch przypadkach:
Pierwszym jest odwracalna utrata pojemności;
Drugim jest utrata nieodwracalnej pojemności.
Odwracalna utrata pojemności oznacza, że utracona pojemność może zostać odzyskana podczas ładowania, podczas gdy nieodwracalna utrata pojemności jest przeciwieństwem. Elektrody dodatnia i ujemna mogą wchodzić w interakcje z elektrolitem dla mikro-2s 5600 lipo battery w stanie naładowanym, co skutkuje interkalacją i deinterkalacją jonów litu. Interkalowane i deinterkalowane jony litu są związane tylko z jonami litu z elektrolitu, więc pojemność elektrod dodatniej i ujemnej jest niezrównoważona, a ta część utraty pojemności nie może zostać odzyskana podczas ładowania. na przykład:
Elektroda dodatnia z tlenku manganu litu i rozpuszczalnik będą miały efekt mikro-2s 5600 lipo, powodując samorozładowanie i nieodwracalną utratę pojemności:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Cząsteczki rozpuszczalnika (np. PC) są utleniane jako elektroda ujemna mikro akumulatora 2s 5600 lipo na powierzchni przewodzącego materiału sadzy węglowej lub kolektora prądu:
xPC→xPC-radical+xe-
Podobnie materiał aktywny elektrody ujemnej może wchodzić w reakcje z elektrolitem powodując samorozładowanie i nieodwracalną utratę pojemności, a elektrolit (np. LiPF6) jest redukowany na materiale przewodzącym:
PF5+xe-→PF5-x
Węglik litu w stanie naładowanym jest utleniany przez usuwanie jonów litu jako elektroda ujemna mikro akumulatora 2s 5600 lipo:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Czynniki wpływające na samorozładowanie: proces produkcji materiału elektrody dodatniej, proces produkcji akumulatora 2s 5600 lipo, właściwości elektrolitu, temperatura i czas.
Szybkość samorozładowania jest głównie kontrolowana przez szybkość utleniania rozpuszczalnika, więc stabilność rozpuszczalnika wpływa na czas przechowywania akumulatora 2s 5600 lipo.
Utlenianie rozpuszczalnika zachodzi głównie na powierzchni sadzy węglowej, a zmniejszenie powierzchni sadzy węglowej może kontrolować szybkość samorozładowania, ale dla materiałów katodowych LiMn2O4 równie ważne jest zmniejszenie powierzchni materiałów aktywnych, a roli powierzchni kolektora prądu w utlenianiu rozpuszczalnika nie można ignorować.
Przeciek prądu przez separator akumulatora 2s 5600 lipo może również powodować samorozładowanie w akumulatorze Li-ion 2s 5600 lipo, ale proces ten jest ograniczony przez opór separatora, zachodzi bardzo wolno i jest niezależny od temperatury. Biorąc pod uwagę, że szybkość samorozładowania akumulatora 2s 5600 lipo jest silnie zależna od temperatury, proces ten nie jest głównym mechanizmem samorozładowania.
Jeśli elektroda ujemna jest w stanie pełnego naładowania, a elektroda dodatnia ulega samorozładowaniu, równowaga pojemności w akumulatorze 2s 5600 lipo zostanie zaburzona, co skutkuje trwałą utratą pojemności.

Podczas długotrwałego lub częstego samorozładowania lit może osadzać się na węglu, zwiększając nierównowagę pojemności między elektrodami.
Pistoia i in. porównali szybkości samorozładowania trzech głównych katod tlenków metali w różnych elektrolitach i stwierdzili, że szybkości samorozładowania różniły się w zależności od elektrolitu. Wskazano, że produkty utleniania powstałe podczas samorozładowania blokują mikropory na materiale elektrody, utrudniając interkalację i ekstrakcję litu, zwiększając opór wewnętrzny i zmniejszając wydajność rozładowania, co prowadzi do nieodwracalnej utraty pojemności.
Aby uzyskać więcej informacji o akumulatorach litowych, kliknij poniżej:
Podstawy modelowania akumulatora 5600mah 2s lipo