Förklara i detalj orsakerna till kapacitetsminskningen hos 2s 5600 lipo-batteri

2s 5600 lipo battery är det snabbast växande sekundära 2s 5600 lipo-batteriet efter nickel-kadmium och nickel-väte 2s 5600 lipo-batterier. Dess högenergiegenskaper gör dess framtid ljus. Dock är 2s 5600 lipo-batteriet inte perfekt, dess största problem är stabiliteten i dess laddnings- och urladdningscykel.
CNHL sammanfattar och analyserar möjliga orsaker till kapacitetsminskning hos 2s 5600 lipo-batteriet, inklusive överladdning, elektrolytdekomposition och självurladdning.
2s 5600 lipo-batteriet har olika interkalationsenergier när interkalationsreaktionen sker mellan de två elektroderna, och för att uppnå bästa prestanda för 2s 5600 lipo-batteriet bör kapacitetskvoten för de två hostelektroderna bibehålla ett balanserat värde.
I 2s 5600 lipo-batteriet uttrycks kapacitetsbalansen som masskvoten mellan den positiva och den negativa elektroden,
Det vill säga: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
I ovanstående formel avser C den teoretiska coulombkapaciteten för elektroden, och Δx och Δy avser det stökiometriska antalet litiumjoner inbäddade i den negativa respektive positiva elektroden. Det kan ses från ovanstående formel att den erforderliga masskvoten för de två polerna beror på den motsvarande coulombkapaciteten för de två polerna och antalet av deras respektive reversibla litiumjoner.
Generellt sett leder en mindre masskvot till ofullständig användning av det negativa elektrodmaterialet; en större masskvot kan orsaka en säkerhetsrisk på grund av överladdning av den negativa elektroden. Kort sagt, vid den optimerade masskvoten har 2s 5600 lipo-batteriet den bästa prestandan.
För ett idealiskt Li-ion2s 5600 lipo-batterisystem ändras inte kapacitetsbalansen under dess cykel, och den initiala kapaciteten i varje cykel är ett visst värde, men den faktiska situationen är mycket mer komplicerad. Alla sidoreaktioner som kan generera eller konsumera litiumjoner eller elektroner kan orsaka en förändring i kapacitetsbalansen för 2s 5600 lipo-batteriet. När kapacitetsbalansen för 2s 5600 lipo-batteriet ändras är förändringen irreversibel och kan ske genom flera cykler kumulativt, vilket har en allvarlig inverkan på prestandan hos 2s 5600 lipo-batteriet. I 2s 5600 lipo-batteriet, förutom redoxreaktionen som sker när litiumjoner deinterkaleras, finns också ett stort antal sidoreaktioner, såsom elektrolytdekomposition, aktiv materialupplösning och metallisk litiumavsättning.

Orsak 1: 2s 5600 lipo-batteriet är överladdat

1. Överladdningsreaktion för grafitnegativ elektrod:
När 2s 5600 lipo-batteriet överladdas reduceras litiumjonerna lätt och avlagras på den negativa elektrodens yta:
Det avlagrade litiet täcker den negativa elektrodens yta och blockerar litiuminterkalering. Detta resulterar i minskad urladdningseffektivitet och kapacitetsförlust på grund av:
① Minska mängden återvinningsbart litium;
② Det avlagrade metalliska litiet reagerar med lösningsmedlet eller stödjande elektrolyt för att bilda Li2CO3, LiF eller andra produkter;
③ Metalliskt litium bildas vanligtvis mellan den negativa elektroden och separatorn, vilket kan blockera separatorns porer och öka det interna motståndet i 2s 5600 lipo-batteriet;
④ På grund av litiums mycket reaktiva natur reagerar det lätt med elektrolyten och förbrukar elektrolyten, vilket resulterar i minskad urladdningseffektivitet och kapacitetsförlust.
Snabbladdning, strömtätheten är för hög, den negativa elektroden polariseras kraftigt och avlagring av litium blir mer uppenbar. Detta är sannolikt när det positiva elektrodmaterialet är överdrivet i förhållande till det negativa elektrodmaterialet. Men vid hög laddningshastighet kan avlagring av metalliskt litium ske även om förhållandet mellan positivt och negativt aktivt material är normalt.
För överladdning av litiumbatterier, se följande: Lipo battery 4s charging and discharging principle, be sure to store it well!
2. Överladdningsreaktion för positiv elektrod
När förhållandet mellan positiv elektrodaktivt material och negativ elektrodaktivt material är för lågt, är det sannolikt att överladdning av den positiva elektroden sker.
Kapacitetsförlusten orsakad av överladdning av den positiva elektroden beror huvudsakligen på bildandet av elektrokemiskt inerta ämnen (såsom [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3, etc.), vilka förstör kapacitetsbalansen mellan elektroderna, och kapacitetsförlusten är irreversibel.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Samtidigt ackumuleras syret som genereras av nedbrytningen av den positiva elektrodmaterialet i det förseglade 2s 5600 lipo-batteriet eftersom det inte finns någon rekombinationsreaktion (såsom bildandet av H2O) och den brandfarliga gas som genereras av nedbrytningen av elektrolyten, och konsekvenserna kan bli ofattbara.
(2) λ-MnO2
Litium-manganreaktionen sker när litium-manganoxid är helt delitierad: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolyten oxideras vid överladdning
När trycket är högre än 4,5V kommer elektrolyten att oxideras och generera olösliga ämnen (såsom Li2Co3) och gaser. Dessa olösliga ämnen blockerar elektrodens mikroporer och hindrar migrationen av litiumjoner, vilket resulterar i kapacitetsförlust under cykling.
Faktorer som påverkar oxidationshastigheten:
Ytan av det positiva elektrodmaterialet
Material för strömsamlare
Tillsatt ledande medel (kolsvart, etc.)
Typen och ytan av kolsvart
Bland de mer använda elektrolyterna anses EC/DMC ha den högsta oxidationsresistensen. Den elektrokemiska oxidationsprocessen för lösningen uttrycks generellt som: lösning→oxidationsprodukt (gas, lösning och fast ämne)+ne-
Oxidationen av vilket lösningsmedel som helst ökar elektrolytens koncentration, minskar elektrolytens stabilitet och påverkar slutligen kapaciteten hos 2s 5600 lipo batteriet. Om man antar att en liten mängd elektrolyt förbrukas vid varje laddning, krävs mer elektrolyt när 2s 5600 lipo batteriet monteras. För en konstant behållare innebär detta att en mindre mängd aktiv substans laddas, vilket resulterar i en minskning av den initiala kapaciteten. Dessutom, om en fast produkt bildas, kommer en passivationsfilm att bildas på elektrodens yta, vilket orsakar att polariseringen av 2s 5600 lipo batteriet ökar och minskar utspänningen för 2s 5600 lipo batteriet.

Orsak 2: 2s 5600 lipo batterielektrolytnedbrytning (reduktion)

Jag bryts ner på elektroden
1. Elektrolyten bryts ner på den positiva elektroden:
Elektrolyten består av ett lösningsmedel och en stödjande elektrolyt. Efter nedbrytningen av den positiva elektroden bildas vanligtvis olösliga produkter som Li2Co3 och LiF, vilka minskar kapaciteten hos 2s 5600 lipo batteriet genom att blockera porerna i elektroden. Reduktionsreaktionen av elektrolyten påverkar kapaciteten och cykellivslängden för 2s 5600 lipo batteriet. Det har negativa effekter, och gasen som genereras av reduktionen ökar det interna trycket i 2s 5600 lipo batteriet, vilket leder till säkerhetsproblem.
Den positiva elektrodens nedbrytningsspänning är vanligtvis större än 4,5V (vs. Li/Li+), så de bryts inte lätt ner på den positiva elektroden. Tvärtom bryts elektrolyten lättare ner vid den negativa elektroden.
Följande artikel om litiumbatterielektrolyt har en detaljerad introduktion, och intresserade partners kan hänvisa till:
Cnhl 6s lipo batterielektrolyt, praktisk funktion och klassisk systemkonstruktion
2. Elektrolyten bryts ner på den negativa elektroden:
Elektrolyten är inte stabil på grafit och andra litium-införda kolfiberanoder, och den reagerar lätt för att generera irreversibel kapacitet. Under den initiala laddningen och urladdningen kommer nedbrytningen av elektrolyten att bilda en passivationsfilm på elektrodens yta, och passivationsfilmen kan separera elektrolyten från den negativa kollektroden för att förhindra ytterligare nedbrytning av elektrolyten. På så sätt bibehålls den strukturella stabiliteten hos kolanoden. Under ideala förhållanden är reduktionen av elektrolyten begränsad till passivationsfilmsbildningsstadiet, och denna process sker inte när cykeln är stabil.
Bildande av passeringsfilm
Reduktionen av elektrolytsalter deltar i bildandet av passeringsfilmen, vilket är fördelaktigt för stabiliseringen av passeringsfilmen, men
(1) Det olösliga ämnet som bildas vid reduktionen har en negativ effekt på lösningsmedelsreduktionens produkt;
(2) Elektrolytens koncentration minskar när elektrolytsaltet reduceras, vilket slutligen leder till kapacitetsförlust i 2s 5600 lipo-batteriet (LiPF6 reduceras till LiF, LixPF5-x, PF3O och PF3);
(3) Bildandet av passeringsfilmen förbrukar litiumjoner, vilket orsakar kapacitetsobalans mellan de två elektroderna och minskar den specifika kapaciteten för hela 2s 5600 lipo-batteriet.
(4) Om det finns sprickor i passeringsfilmen kan lösningsmedelsmolekyler tränga in och förtjocka passeringsfilmen, vilket inte bara förbrukar mer litium utan också kan blockera mikroporerna på kolytan, vilket resulterar i att litium inte kan infogas och extraheras, vilket leder till irreversibel kapacitetsförlust. Tillsats av vissa oorganiska tillsatser i elektrolyten, såsom CO2, N2O, CO, SO2, etc., kan påskynda bildandet av passeringsfilmen och hämma samtidig insättning och nedbrytning av lösningsmedlet. Tillsats av kroneterorganiska tillsatser har också samma effekt. 12-kronor och 4-eter är bäst.
Faktorer för kapacitetsförlust i filmen:
(1) Typen av kol som används i processen;
(2) Elektrolytens sammansättning;
(3) Tillsatser i elektroder eller elektrolyter.
Blyr anser att jonbytesreaktionen fortskrider från ytan av den aktiva materialpartikeln till dess kärna, den nya fasen som bildas begraver det ursprungliga aktiva materialet, och en passiv film med låg jon- och elektronledningsförmåga bildas på partikelns yta, så spinellen efter lagring har större polarisering än före lagring.
Zhang fann att motståndet i ytpasseringsskiktet ökade och gränssnittskapacitansen minskade med ökande antal cykler. Det visar att tjockleken på passeringsskiktet ökar med antalet cykler. Upplösningen av mangan och nedbrytningen av elektrolyten leder till bildandet av passeringsfilmer, och höga temperaturer gynnar dessa reaktioners förlopp. Detta ökar kontaktmotståndet mellan de aktiva materialpartiklarna och Li+-migrationsmotståndet, vilket därmed ökar polariseringen av 2s 5600 lipo-batteriet, ofullständig laddning och urladdning samt minskad kapacitet.

II Reduktionsmekanism för elektrolyt
Elektrolyten innehåller ofta syre, vatten, koldioxid och andra föroreningar, och redoxreaktioner sker under laddnings- och urladdningsprocessen för 2s 5600 lipo-batteriet.
Reduktionsmekanismen för elektrolyten inkluderar tre aspekter: lösningsmedelsreduktion, elektrolytreduktion och föroreningsreduktion:
1. Lösningsmedelsreduktion
Reduktionen av PC och EC inkluderar en-elektrons och två-elektrons reaktionsprocesser, och två-elektronsreaktionen bildar Li2CO3:
Fong et al. ansåg att under den första urladdningsprocessen, när elektrodpotentialen var nära 0,8V (vs. Li/Li+), skedde den elektrokemiska reaktionen av PC/EC på grafit för att generera CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) och LiCO3(s), vilket ledde till irreversibel kapacitetsförlust på grafitelektroder.
Aurbach et al. genomförde omfattande forskning om reduktionsmekanismen och produkterna av olika elektrolyter på litiummetallelektroder och kolbaserade elektroder, och fann att en-elektrons reaktionsmekanism för PC producerar ROCO2Li och propylene. ROCO2Li är mycket känsligt för spår av vatten. Huvudprodukterna är Li2CO3 och propylene i närvaro av spårvatten, men inget Li2CO3 bildas under torra förhållanden.
Återställning av DEC:

Ein-Eli Y rapporterade att elektrolyten blandad med dietylkarbonat (DEC) och dimetylkarbonat (DMC) kommer att genomgå en utbytesreaktion i ett 2s 5600 lipo batteri för att generera etylmetylkarbonat (EMC), vilket har viss påverkan på kapacitetsförlusten.
2. Elektrolytreduktion
Reduktionsreaktionen av elektrolyten anses generellt vara involverad i bildandet av ytskiktet på kollektroden, så dess typ och koncentration påverkar kollektrodens prestanda. I vissa fall bidrar reduktionen av elektrolyten till stabiliseringen av kolytan, vilket kan bilda det önskade passiveringsskiktet.
(3) Närvaro av syre i lösningsmedlet kommer också att bilda Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Eftersom potentialskillnaden mellan metalliskt litium och fullständigt interkalerat kol är liten, är reduktionen av elektrolyten på kol liknande reduktionen på litium.

Orsak 3: 2s 5600 lipo batteri självurladdning

Självurladdning avser fenomenet att kapaciteten hos 2s 5600 lipo batteriet naturligt förloras när det inte används. 2s 5600 lipo batteri självurladdning (följande artikel om lipo batteri självurladdning har en detaljerad introduktion: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) leder till kapacitetsförlust i två fall:
En är den reversibla kapacitetsförlusten;
Den andra är förlusten av irreversibel kapacitet.
Reversibel kapacitetsförlust betyder att den förlorade kapaciteten kan återställas under laddning, medan irreversibel kapacitetsförlust är motsatsen. De positiva och negativa elektroderna kan interagera med elektrolyten för ett micro-2s 5600 lipo batteri i det laddade tillståndet, vilket resulterar i litiumjoninterkalation och deinterkalation. De interkalerade och deinterkalerade litiumjonerna är endast relaterade till litiumjonerna i elektrolyten, så kapaciteten hos de positiva och negativa elektroderna är obalanserad, och denna del av kapacitetsförlusten kan inte återställas under laddning. som:
Den litium-manganoxid positiva elektroden och lösningsmedlet kommer att ha en micro-2s 5600 lipo batteri-effekt, vilket resulterar i självurladdning och irreversibel kapacitetsförlust:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Lösningsmedelsmolekyler (såsom PC) oxideras som micro 2s 5600 lipo batteri negativ elektrod på ytan av ledande material kolsvart eller strömsamlare:
xPC→xPC-radikal+xe-
På samma sätt kan det negativa aktiva materialet interagera med elektrolyten för att orsaka självurladdning och orsaka irreversibel kapacitetsförlust, och elektrolyten (såsom LiPF6) reduceras på det ledande materialet:
PF5+xe-→PF5-x
Litiumkarbid i laddat tillstånd oxideras genom att ta bort litiumjoner som den negativa elektroden i micro 2s 5600 lipo batteriet:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Faktorer som påverkar självurladdning: tillverkningsprocessen för det positiva elektrodmaterialet, tillverkningsprocessen för 2s 5600 lipo batteriet, egenskaperna hos elektrolyten, temperatur och tid.
Självurladdningshastigheten styrs huvudsakligen av lösningsmedlets oxidationshastighet, så lösningsmedlets stabilitet påverkar lagringslivslängden för 2s 5600 lipo batteriet.
Oxidationen av lösningsmedlet sker huvudsakligen på ytan av kolsvart, och att minska ytan av kolsvart kan kontrollera självurladdningshastigheten, men för LiMn2O4 katodmaterial är det lika viktigt att minska ytan av aktiva material, och rollen av ytan på strömsamlaren vid lösningsmedelsoxidation kan inte ignoreras.
Strömläckage genom 2s 5600 lipo batteriseparatorn kan också orsaka självurladdning i Li-ion 2s 5600 lipo batteriet, men denna process begränsas av separatorns motstånd, sker i mycket låg takt och är oberoende av temperatur. Med tanke på att självurladdningshastigheten för 2s 5600 lipo batteriet är starkt temperaturberoende, är denna process inte huvudmekanismen vid självurladdning.
Om den negativa elektroden är i ett fulladdat tillstånd och den positiva elektroden självurladdar, kommer kapacitetsbalansen i 2s 5600 lipo batteriet att förstöras, vilket resulterar i permanent kapacitetsförlust.

Under långvarig eller frekvent självurladdning kan litium avsättas på kolet, vilket ökar kapacitetsobalansen mellan elektroderna.
Pistoia et al. jämförde självurladdningshastigheterna för tre huvudmetalloxidkatoder i olika elektrolyter och fann att självurladdningshastigheterna varierade med olika elektrolyter. Det påpekas att de självurladdade oxidationsprodukterna blockerar mikroporerna på elektrodmaterialet, vilket gör interkalation och extraktion av litium svår, ökar det interna motståndet och minskar urladdningseffektiviteten, vilket resulterar i irreversibel kapacitetsförlust.
För mer information om litiumbatterier, vänligen klicka nedan:
5600mah 2s lipo batteri modellering grunder