Подробно объясните причины снижения емкости 2s 5600 lipo аккумулятора

2s 5600 lipo battery является самым быстрорастущим вторичным 2s 5600 lipo аккумулятором после никель-кадмиевых и никель-водородных 2s 5600 lipo аккумуляторов. Его высокоэнергетические свойства делают его будущее многообещающим. Однако 2s 5600 lipo аккумулятор не идеален, его главная проблема — стабильность цикла заряд-разряд.
CNHL суммирует и анализирует возможные причины снижения емкости 2s 5600 lipo аккумулятора, включая перезаряд, разложение электролита и саморазряд.
2s 5600 lipo аккумулятор имеет разные энергии интеркаляции при протекании реакции интеркаляции между двумя электродами, и для достижения наилучшей производительности 2s 5600 lipo аккумулятора соотношение емкостей двух основных электродов должно поддерживаться на сбалансированном уровне.
В 2s 5600 lipo аккумуляторе баланс емкости выражается как соотношение масс положительного электрода к отрицательному электроду,
То есть: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
В приведенной выше формуле C обозначает теоретическую кулоновскую емкость электрода, а Δx и Δy — стехиометрическое число ионов лития, внедренных в отрицательный и положительный электроды соответственно. Из формулы видно, что требуемое соотношение масс двух полюсов зависит от соответствующей кулоновской емкости двух полюсов и количества их обратимых ионов лития.
В общем, меньшее соотношение масс приводит к неполному использованию материала отрицательного электрода; большее соотношение масс может вызвать опасность из-за перезаряда отрицательного электрода. Короче говоря, при оптимизированном соотношении масс 2s 5600 lipo аккумулятор показывает наилучшую производительность.
Для идеальной системы Li-ion2s 5600 lipo аккумулятора баланс емкости не меняется в течение цикла, и начальная емкость в каждом цикле имеет определенное значение, но реальная ситуация гораздо сложнее. Любая побочная реакция, которая может генерировать или потреблять ионы лития или электроны, может вызвать изменение баланса емкости 2s 5600 lipo аккумулятора. Как только баланс емкости 2s 5600 lipo аккумулятора изменяется, это изменение необратимо и может накапливаться через несколько циклов, что серьезно влияет на производительность 2s 5600 lipo аккумулятора. В 2s 5600 lipo аккумуляторе, помимо окислительно-восстановительной реакции, происходящей при деинтеркаляции ионов лития, также происходит множество побочных реакций, таких как разложение электролита, растворение активного материала и осаждение металлического лития.

Причина 1: аккумулятор 2s 5600 lipo перезаряжен

1. Реакция перезарядки графитового отрицательного электрода:
При перезарядке 2s 5600 lipo battery ионы лития легко восстанавливаются и осаждаются на поверхности отрицательного электрода:
Отложившийся литий покрывает поверхность отрицательного электрода, блокируя интеркаляцию лития. Это приводит к снижению эффективности разряда и потере емкости из-за:
① Сокращение количества перерабатываемого лития;
② Отложившийся металлический литий реагирует с растворителем или вспомогательным электролитом с образованием Li2CO3, LiF или других продуктов;
③ Металлический литий обычно образуется между отрицательным электродом и сепаратором, что может заблокировать поры сепаратора и увеличить внутреннее сопротивление 2s 5600 lipo battery;
④ Из-за высокой активности лития он легко реагирует с электролитом и расходует его, что приводит к снижению эффективности разряда и потере емкости.
Быстрая зарядка, слишком высокая плотность тока, сильная поляризация отрицательного электрода, и отложение лития становится более заметным. Это вероятно при избытке активного материала положительного электрода относительно отрицательного. Однако при высокой скорости зарядки отложение металлического лития может происходить даже при нормальном соотношении активных материалов.
Для информации о перезарядке литиевых батарей смотрите следующее: Принцип зарядки и разрядки Lipo battery 4s, обязательно храните её правильно!
2. Реакция перезарядки положительного электрода
Когда соотношение активного материала положительного электрода к активному материалу отрицательного электрода слишком низкое, вероятна перезарядка положительного электрода.
Потеря емкости, вызванная перезарядкой положительного электрода, в основном связана с образованием электрохимически инертных веществ (таких как Co3O4, Mn2O3 и др.), которые нарушают баланс емкости между электродами, и потеря емкости является необратимой.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
В то же время кислород, образующийся при разложении материала положительного электрода в герметичной 2s 5600 lipo battery, накапливается, так как отсутствует реакция рекомбинации (например, образование H2O), а также воспламеняющийся газ, образующийся при разложении электролита, и последствия могут быть непредсказуемыми.
(2) λ-MnO2
Реакция литий-марганец происходит, когда литий-марганцевый оксид полностью делитируется: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Электролит окисляется при перезарядке
Когда давление выше 4.5V, электролит окисляется с образованием нерастворимых веществ (таких как Li2Co3) и газов. Эти нерастворимые вещества блокируют микропоры электрода и препятствуют миграции ионов лития, что приводит к потере емкости при циклировании.
Факторы, влияющие на скорость окисления:
Площадь поверхности материала положительного электрода
Материал токосъёмника
Добавленный проводящий агент (сажа и др.)
Тип и площадь поверхности сажи
Среди более часто используемых электролитов EC/DMC считается обладающим наивысшей устойчивостью к окислению. Электрохимический процесс окисления раствора обычно выражается как: раствор→продукт окисления (газ, раствор и твёрдое вещество)+ne-
Окисление любого растворителя увеличивает концентрацию электролита, снижает стабильность электролита и в конечном итоге влияет на ёмкость 2s 5600 lipo battery. Предполагая, что при каждой зарядке потребляется небольшое количество электролита, при сборке 2s 5600 lipo battery требуется больше электролита. Для постоянного контейнера это означает меньшую загрузку активного вещества, что приводит к снижению начальной ёмкости. Кроме того, если образуется твёрдый продукт, на поверхности электрода формируется пассивирующая плёнка, что вызывает увеличение поляризации 2s 5600 lipo battery и снижение выходного напряжения 2s 5600 lipo battery.

Причина 2: разложение электролита 2s 5600 lipo battery (восстановление)

Я разлагаюсь на электроде
1. Электролит разлагается на положительном электроде:
Электролит состоит из растворителя и поддерживающего электролита. После разложения на положительном электроде обычно образуются нерастворимые продукты, такие как Li2Co3 и LiF, которые уменьшают ёмкость 2s 5600 lipo battery, блокируя поры электрода. Восстановительная реакция электролита влияет на ёмкость и срок службы 2s 5600 lipo battery. Это оказывает негативное воздействие, а газ, образующийся при восстановлении, увеличивает внутреннее давление 2s 5600 lipo battery, что приводит к проблемам безопасности.
Напряжение разложения на положительном электроде обычно выше 4,5 В (относительно Li/Li+), поэтому они не разлагаются легко на положительном электроде. Напротив, электролит легче разлагается на отрицательном электроде.
В следующей статье о электролите литиевых батарей дано подробное введение, заинтересованные партнёры могут ознакомиться:
Электролит аккумулятора Cnhl 6s lipo, практическая функция и классическая система построения
2. Электролит разлагается на отрицательном электроде:
Электролит нестабилен на графите и других углеродных анодах с внедрённым литием, и легко реагирует с образованием необратимой ёмкости. Во время начальной зарядки и разрядки разложение электролита приводит к образованию пассивирующей плёнки на поверхности электрода, которая отделяет электролит от углеродного отрицательного электрода, предотвращая дальнейшее разложение электролита. Таким образом, сохраняется структурная стабильность углеродного анода. При идеальных условиях восстановление электролита ограничивается стадией образования пассивирующей плёнки, и этот процесс не происходит при стабильном цикле.
Образование пассивирующей пленки
Восстановление солей электролита участвует в формировании пассивирующей пленки, что способствует стабилизации пассивирующей пленки, но
(1) Нерастворимые вещества, образующиеся при восстановлении, оказывают негативное влияние на продукт восстановления растворителя;
(2) Концентрация электролита уменьшается при уменьшении соли электролита, что в конечном итоге приводит к потере емкости аккумулятора 2s 5600 lipo (LiPF6 восстанавливается с образованием LiF, LixPF5-x, PF3O и PF3);
(3) Формирование пассивирующей пленки потребляет ионы лития, что вызывает дисбаланс емкости между двумя электродами и снижает удельную емкость всего аккумулятора 2s 5600 lipo.
(4) Если на пассивирующей пленке есть трещины, молекулы растворителя могут проникать и утолщать пассивирующую пленку, что не только потребляет больше лития, но и может блокировать микропоры на поверхности углерода, что приводит к невозможности вставки и извлечения лития, вызывая необратимую потерю емкости. Добавление некоторых неорганических добавок в электролит, таких как CO2, N2O, CO, SO2 и др., может ускорить формирование пассивирующей пленки и подавить совместное внедрение и разложение растворителя. Добавление органических добавок-коронных эфиров также оказывает такой же эффект. 12-корон и 4-эфира являются лучшими.
Факторы потери емкости пленки:
(1) Тип углерода, используемого в процессе;
(2) Состав электролита;
(3) Добавки в электродах или электролитах.
Блайр считает, что реакция ионного обмена продвигается от поверхности частицы активного материала к её ядру, новая фаза образуется, покрывая исходный активный материал, и на поверхности частицы формируется пассивная пленка с низкой ионной и электронной проводимостью, поэтому спинель после хранения имеет большую поляризацию, чем до хранения.
Чжан обнаружил, что сопротивление поверхностного пассивирующего слоя увеличивается, а межфазная емкость уменьшается с увеличением числа циклов. Это отражает, что толщина пассивирующего слоя увеличивается с числом циклов. Растворение марганца и разложение электролита приводят к образованию пассивирующих пленок, и высокотемпературные условия способствуют протеканию этих реакций. Это увеличивает контактное сопротивление между частицами активного материала и сопротивление миграции Li+, что приводит к увеличению поляризации аккумулятора 2s 5600 lipo, неполному заряду и разряду, а также снижению емкости.

II Механизм восстановления электролита
Электролит часто содержит кислород, воду, углекислый газ и другие примеси, и в процессе зарядки и разрядки аккумулятора 2s 5600 lipo происходят реакции окисления-восстановления.
Механизм восстановления электролита включает три аспекта: восстановление растворителя, восстановление электролита и восстановление примесей:
1. Восстановление растворителя
Восстановление PC и EC включает одноэлектронный и двухэлектронный процессы реакции, при этом двухэлектронный процесс образует Li2CO3:
Фонг и др. считали, что во время первого процесса разряда, когда потенциал электрода приближался к 0,8 В (относительно Li/Li+), на графите происходила электрохимическая реакция PC/EC с образованием CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) и LiCO3(s), что приводило к необратимой потере ёмкости на графитовых электродах.
Аурбах и др. провели обширные исследования механизма восстановления и продуктов различных электролитов на литиевых металлических электродах и углеродных электродах и обнаружили, что одноэлектронный механизм реакции PC приводит к образованию ROCO2Li и пропилена. ROCO2Li очень чувствителен к следам воды. Основными продуктами являются Li2CO3 и пропилен в присутствии следов воды, но при сухих условиях Li2CO3 не образуется.
Восстановление DEC:

Ein-Eli Y сообщил, что электролит, смешанный с диэтилкарбонатом (DEC) и диметилкарбонатом (DMC), в 2s 5600 lipo battery подвергается обменной реакции с образованием этилметилкарбоната (EMC), что оказывает некоторое влияние на потерю ёмкости.
2. Восстановление электролита
Реакция восстановления электролита обычно считается вовлечённой в формирование поверхностной плёнки углеродного электрода, поэтому её тип и концентрация влияют на характеристики углеродного электрода. В некоторых случаях восстановление электролита способствует стабилизации поверхности углерода, что может сформировать желаемый пассивирующий слой.
(3) Наличие кислорода в растворителе также приведёт к образованию Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Поскольку разность потенциалов между металлическим литием и полностью интеркалированным углеродом мала, восстановление электролита на углероде похоже на восстановление на литии.

Причина 3: саморазряд 2s 5600 lipo battery

Саморазряд относится к явлению, при котором ёмкость 2s 5600 lipo battery естественным образом теряется, когда она не используется. Саморазряд 2s 5600 lipo battery (в следующей статье о саморазряде lipo battery дано подробное введение: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) приводит к потере ёмкости в двух случаях:
Первое — обратимая потеря ёмкости;
Второе — это потеря необратимой ёмкости.
Обратимая потеря ёмкости означает, что потерянная ёмкость может быть восстановлена во время зарядки, тогда как необратимая потеря ёмкости — это противоположное. Положительный и отрицательный электроды могут взаимодействовать с электролитом для micro-2s 5600 lipo battery в заряженном состоянии, что приводит к интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. Интеркалированные и деинтеркалированные ионы лития связаны только с ионами лития электролита, поэтому ёмкость положительного и отрицательного электродов несбалансирована, и эта часть потери ёмкости не может быть восстановлена во время зарядки. например:
Положительный электрод из литий-марганцевого оксида и растворитель вызывают эффект микро аккумулятора 2s 5600 lipo, приводящий к саморазряду и необратимой потере емкости:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Молекулы растворителя (например, PC) окисляются как отрицательный электрод микро аккумулятора 2s 5600 lipo на поверхности проводящего материала сажи или токосъёмника:
xPC→xPC-радикал+xe-
Аналогично, отрицательный активный материал может взаимодействовать с электролитом, вызывая саморазряд и необратимую потерю емкости, а электролит (например, LiPF6) восстанавливается на проводящем материале:
PF5+xe-→PF5-x
Литиевый карбид в заряженном состоянии окисляется с удалением ионов лития в качестве отрицательного электрода микро аккумулятора 2s 5600 lipo:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Факторы, влияющие на саморазряд: процесс производства материала положительного электрода, процесс производства аккумулятора 2s 5600 lipo, свойства электролита, температура и время.
Скорость саморазряда в основном контролируется скоростью окисления растворителя, поэтому стабильность растворителя влияет на срок хранения аккумулятора 2s 5600 lipo.
Окисление растворителя в основном происходит на поверхности сажи, и уменьшение площади поверхности сажи может контролировать скорость саморазряда, но для катодных материалов LiMn2O4 также важно уменьшать площадь поверхности активных материалов, и роль поверхности токосъёмника в окислении растворителя нельзя игнорировать.
Токовые утечки через сепаратор аккумулятора 2s 5600 lipo также могут вызывать саморазряд в Li-ion аккумуляторе 2s 5600 lipo, но этот процесс ограничен сопротивлением сепаратора, происходит с очень низкой скоростью и не зависит от температуры. Учитывая, что скорость саморазряда аккумулятора 2s 5600 lipo сильно зависит от температуры, этот процесс не является основным механизмом саморазряда.
Если отрицательный электрод находится в полностью заряженном состоянии, а положительный электрод саморазряжается, баланс емкости в аккумуляторе 2s 5600 lipo будет нарушен, что приведет к постоянной потере емкости.

При длительном или частом саморазряде литий может осаждаться на углероде, увеличивая дисбаланс емкости между электродами.
Пистоя и др. сравнили скорости саморазряда трех основных катодов из оксидов металлов в различных электролитах и обнаружили, что скорости саморазряда варьируются в зависимости от электролита. Указывается, что продукты окисления, образующиеся при саморазряде, блокируют микропоры на материале электрода, затрудняя интеркаляцию и извлечение лития, увеличивая внутреннее сопротивление и снижая эффективность разряда, что приводит к необратимой потере емкости.
Для получения дополнительной информации о литиевых батареях, пожалуйста, нажмите ниже:
Основы моделирования аккумулятора 5600mah 2s lipo