A razão para a capacidade da bateria de lítio de 6s é uma fórmula para entender!

6s lithium battery é a bateria secundária que mais cresce após as baterias de níquel-cádmio e níquel-hidrogénio. As suas propriedades de alta energia fazem o seu futuro parecer promissor. No entanto, a 6s lithium battery não é perfeita, e o seu maior problema é a estabilidade do seu ciclo de carga-descarga. Este artigo resume e analisa a possível razão para o declínio da capacidade da 6s lithium battery: sobrecarga.

Equilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s

A bateria de lítio 6s tem diferentes energias de intercalação quando ocorre a reação de intercalação entre os dois eletrodos, e para obter o melhor desempenho da bateria, a razão de capacidade dos dois eletrodos hospedeiros deve manter um valor equilibrado.
Numa bateria de lítio 6s, o equilíbrio de capacidade é expresso como a razão de massa do eletrodo positivo para o eletrodo negativo, nomeadamente: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Na fórmula acima, C refere-se à capacidade coulômbica teórica do eletrodo da bateria de lítio 6s, e Δx e Δy referem-se ao número estequiométrico de iões de lítio incorporados no eletrodo negativo e no eletrodo positivo do eletrodo de lítio, respetivamente. Pode-se ver pela fórmula acima que a razão de massa necessária dos dois polos depende da capacidade Coulomb correspondente dos dois polos e do número dos respetivos iões de lítio reversíveis.

Impacto do desequilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s

De um modo geral, uma razão de massa menor leva a uma utilização incompleta do material do eléctrodo negativo; uma razão de massa maior pode causar um risco de segurança devido à sobrecarga do eléctrodo negativo. Em suma, na razão de massa otimizada, o desempenho do eléctrodo da bateria de lítio 6s é o melhor.
Para um sistema ideal de bateria de iões de lítio, o equilíbrio de capacidade não muda durante o seu ciclo, e a capacidade inicial em cada ciclo é um valor certo, mas a situação real é muito mais complicada. Qualquer reação secundária que possa gerar ou consumir iões de lítio ou eletrões pode causar uma alteração no equilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s. Uma vez que o estado de equilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s muda, a alteração é irreversível e pode acumular-se através de múltiplos ciclos. Afeta seriamente o desempenho da bateria de lítio 6s. Nas baterias de lítio 6s, além das reações redox que ocorrem quando os iões de lítio são desintercalados, existem também um grande número de reações secundárias, como decomposição do eletrólito, dissolução do material ativo e deposição de lítio metálico.

Razão do desequilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s: sobrecarga

1. Reação de sobrecarga do eléctrodo negativo de grafite:
Quando a bateria está sobrecarregada, os iões de lítio são facilmente reduzidos e depositados na superfície do eléctrodo negativo:
O lítio depositado reveste a superfície do eléctrodo negativo, bloqueando a intercalação do lítio. Isto resulta numa redução da eficiência de descarga e perda de capacidade devido a:

① Reduzir a quantidade de lítio reciclável;
② O lítio metálico depositado reage com o solvente ou eletrólito de suporte para formar Li2CO3, LiF ou outros produtos;
③ O lítio metálico forma-se geralmente entre o eléctrodo negativo e o separador, o que pode bloquear os poros do separador e aumentar a resistência interna da bateria;

④ Devido à natureza muito ativa do lítio, é fácil reagir com o eletrólito e consumir o eletrólito, resultando numa redução da eficiência de descarga e numa perda de capacidade.
Carregamento rápido, a densidade de corrente é demasiado elevada, o eléctrodo negativo fica severamente polarizado, e a deposição de lítio será mais evidente. Isto é provável de ocorrer quando o material ativo do eléctrodo positivo é excessivo em relação ao material ativo do eléctrodo negativo. No entanto, no caso de uma taxa de carregamento elevada, a deposição de lítio metálico pode ocorrer mesmo que a proporção de materiais ativos positivo e negativo seja normal.

2. Reação de sobrecarga do eléctrodo positivo
Quando a proporção de material ativo do eletrodo positivo para o material ativo do eletrodo negativo é demasiado baixa, é provável que ocorra sobrecarga positiva
A perda de capacidade causada pela sobrecarga do eletrodo positivo deve-se principalmente à geração de substâncias eletroquimicamente inertes (tais como [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3, etc.), que destroem o equilíbrio de capacidade entre os eletrodos, e a perda de capacidade é irreversível.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Ao mesmo tempo, o oxigénio gerado pela decomposição do material do eletrodo positivo na bateria de lítio 6s selada acumular-se-á simultaneamente devido à ausência de reações de recombinação (como a geração de H2O) e ao gás inflamável gerado pela decomposição do eletrólito, e as consequências serão inimagináveis.
(2) λ-MnO2
A reação lítio-manganês ocorre quando o óxido de lítio-manganês está completamente deslitado: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3. O eletrólito é oxidado quando sobrecarregado
Quando a pressão é superior a 4,5V, o eletrólito oxidará para gerar insolúveis (como Li2Co3) e gás. Estes insolúveis bloquearão os microporos do eletrodo e dificultarão a migração dos iões de lítio, resultando em perda de capacidade durante o ciclo.
Fatores que afetam a taxa de oxidação:
A área de superfície do material do eletrodo positivo
Material do coletor de corrente
Agente condutor adicionado (negro de fumo, etc.)
O tipo e a área de superfície do negro de fumo
Entre os eletrólitos mais usados, o EC/DMC é considerado o que tem maior resistência à oxidação. O processo de oxidação eletroquímica da solução é geralmente expresso como: solução→produto de oxidação (gás, solução e matéria sólida)+ne-

A oxidação de qualquer solvente aumentará a concentração do eletrólito, diminuirá a estabilidade do eletrólito e, em última análise, afetará a capacidade da bateria. Assumindo que uma pequena quantidade de eletrólito é consumida cada vez que é carregada, é necessário mais eletrólito durante a montagem da bateria. Para um recipiente constante, isto significa que uma menor quantidade de substância ativa é carregada, o que resulta numa diminuição da capacidade inicial. Além disso, se for produzido um produto sólido, será formada uma película de passivação na superfície do eletrodo, o que aumentará a polarização da bateria e reduzirá a tensão de saída da bateria.

O acima é o conteúdo completo do equilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s apresentado hoje. A bateria de lítio 6s tem diferentes energias de intercalação quando ocorre a reação de intercalação entre os dois eletrodos, e para obter o melhor desempenho da bateria, os dois eletrodos hospedeiros têm diferentes energias de intercalação. A proporção de capacidade deve ser mantida num valor equilibrado; uma proporção de massa menor leva à utilização incompleta do material do eletrodo negativo; uma proporção de massa maior pode causar um risco de segurança devido à sobrecarga do eletrodo negativo. Na proporção de massa otimizada, o desempenho do eletrodo da bateria de lítio 6s é o melhor; a principal razão para o desequilíbrio de capacidade da bateria de lítio 6s é a sobrecarga.
Espero que o conteúdo de hoje seja útil para si, mais informações serão continuamente atualizadas, até à próxima edição.