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

Bateria de lítio 6s é a bateria secundária que mais cresce após as baterias de níquel-cádmio e níquel-hidrogénio. As suas propriedades de alta energia fazem com que o seu futuro pareça promissor. No entanto, a bateria de lítio 6s 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 bateria de lítio 6s: sobrecarga.

Equilíbrio da 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 proporção de capacidade dos dois eletrodos hospedeiros deve manter um valor equilibrado.
Num bateria de lítio 6s, o equilíbrio da capacidade é expresso como a razão de massa do eletrodo positivo para o eletrodo negativo, ou seja: 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 da bateria de lítio, respetivamente. Pode-se ver pela fórmula acima que a razão de massa necessária dos dois polos depende da capacidade coulômbica correspondente dos dois polos e do número dos respetivos iões de lítio reversíveis.

Impacto do desequilíbrio da capacidade da bateria de lítio 6s

De um modo geral, uma razão de massa menor leva a uma utilização incompleta do material do eletrodo negativo; uma razão de massa maior pode causar um risco de segurança devido à sobrecarga do eletrodo negativo. Em suma, na razão de massa otimizada, o desempenho do eletrodo da bateria de lítio 6s é o melhor.
Para um sistema ideal de bateria Li-ion, o equilíbrio da capacidade não muda durante o seu ciclo, e a capacidade inicial em cada ciclo é um valor fixo, 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 da capacidade da bateria de lítio 6s. Uma vez que o estado de equilíbrio da capacidade da bateria de lítio 6s muda, a alteração é irreversível e pode acumular-se ao longo de múltiplos ciclos. Afeta seriamente o desempenho da bateria de lítio 6s. Nas baterias de lítio 6s, para além das reações redox que ocorrem quando os iões de lítio são desintercalados, existem também muitas reações secundárias, como a decomposição do eletrólito, dissolução do material ativo e deposição de lítio metálico.

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

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

①Redução da quantidade de lítio reciclável;
②O 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 eletrodo 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 perda de capacidade.
Carregamento rápido, a densidade de corrente é demasiado elevada, o eletrodo negativo está severamente polarizado, e a deposição de lítio será mais evidente. Isto é provável de ocorrer quando o material ativo do eletrodo positivo é excessivo em relação ao material ativo do eletrodo negativo. No entanto, no caso de uma taxa de carga 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 eletrodo positivo
Quando a proporção do 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 electroquimicamente inertes (como Co3O4, Mn2O3, etc.), que destroem o equilíbrio da 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 acumula-se 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 tensão é superior a 4,5V, o eletrólito oxida-se para gerar insolúveis (como Li2Co3) e gás. Estes insolúveis bloqueiam os microporos do eletrodo e dificultam 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 electroquímica da solução é geralmente expresso como: solução→produto de oxidação (gás, solução e sólido)+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 a cada carga, é necessário mais eletrólito durante a montagem da bateria. Para um recipiente constante, isto significa que é carregada uma menor quantidade de substância ativa, o que resulta numa diminuição da capacidade inicial. Além disso, se for produzido um produto sólido, formará 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 da capacidade da bateria de lítio 6s que lhe trazemos 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 manter um valor equilibrado; uma razão de massa menor leva a uma utilização incompleta do material do eletrodo negativo; uma razão de massa maior pode causar um risco de segurança devido à sobrecarga do eletrodo negativo. Na razão de massa otimizada, o desempenho do eletrodo da bateria de lítio 6s é o melhor; a principal razão para o desequilíbrio da capacidade da bateria de lítio 6s é a sobrecarga.
Espero que o conteúdo de hoje seja útil para si, mais informações serão atualizadas continuamente, até à próxima edição.