Anledningen till kapaciteten för 6s litiumbatteri är en formel att förstå!

6s lithium battery är det snabbast växande sekundärbatteriet efter nickel-kadmium och nickel-vätebatterier. Dess högenergiegenskaper gör dess framtid ljus. Dock är 6s litiumbatteriet inte perfekt, och dess största problem är stabiliteten i dess laddnings- och urladdningscykel. Denna artikel sammanfattar och analyserar den möjliga orsaken till kapacitetsminskningen hos 6s litiumbatteriet: överladdning.

Kapacitetsbalans för 6s litiumbatteri

6s litiumbatteriet har olika interkalationsenergier när interkalationsreaktionen sker mellan de två elektroderna, och för att uppnå batteriets bästa prestanda bör kapacitetsförhållandet mellan de två hostelektroderna bibehålla ett balanserat värde.
I ett 6s litiumbatteri uttrycks kapacitetsbalansen som massförhållandet mellan den positiva och den negativa elektroden, nämligen: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
I formeln ovan avser C den teoretiska coulombkapaciteten för 6s litiumbatteriets elektrod, och Δx och Δy avser det stökiometriska antalet litiumjoner inbäddade i den negativa respektive positiva elektroden i litiumelektroden. Det kan ses från formeln ovan att det erforderliga massförhållandet mellan de två polerna beror på motsvarande coulombkapacitet för de två polerna och antalet av deras respektive reversibla litiumjoner.

Påverkan av kapacitetsobalans i 6s litiumbatteri

Generellt leder ett mindre massförhållande till ofullständig användning av det negativa materialet; ett större massförhållande kan orsaka en säkerhetsrisk på grund av överladdning av den negativa elektroden. Sammanfattningsvis är elektrodprestandan för 6s litiumbatteriet bäst vid det optimerade massförhållandet.
För ett idealiskt Li-jonbatterisystem förändras 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 sido-reaktioner som kan generera eller förbruka litiumjoner eller elektroner kan orsaka en förändring i kapacitetsbalansen i 6s litiumbatteriet. När kapacitetsbalansens tillstånd i 6s litiumbatteriet förändras är förändringen irreversibel och kan ackumuleras genom flera cykler. Detta påverkar allvarligt prestandan hos 6s litiumbatteriet. I 6s litiumbatterier, förutom redoxreaktionerna som sker när litiumjoner deinterkaleras, finns också ett stort antal sido-reaktioner, såsom elektrolytdekomposition, aktiv materialupplösning och avlagring av metalliskt litium.

6s litiumbatteris kapacitetsobalans orsak: överladdning

1. Överladdningsreaktion för grafitnegativ elektrod:
När batteriet överladdas reduceras litiumjoner lätt och avlagras på den negativa elektrodens yta:
Det avlagrade litiumet 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 litium 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 batteriets inre resistans;

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 är kraftigt polariserad, och avlagring av litium blir mer tydlig. Detta är sannolikt när det aktiva materialet i den positiva elektroden är överflödigt i förhållande till det aktiva materialet i den negativa elektroden. Men vid hög laddningshastighet kan avlagring av metalliskt litium ske även om förhållandet mellan positivt och negativt aktivt material är normalt.

2. Överladdningsreaktion för positiv elektrod
När förhållandet mellan aktivt material i den positiva elektroden och aktivt material i den negativa elektroden är för lågt, är det sannolikt att positiv överladdning uppstår.
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 kommer syret som genereras av nedbrytningen av det positiva elektrodmaterialet i det förseglade 6s litiumbatteriet att ackumuleras samtidigt på grund av avsaknaden av rekombinationsreaktioner (såsom bildandet av H2O) och den brandfarliga gas som genereras av nedbrytningen av elektrolyten, och konsekvenserna kommer att vara 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 oxidera och generera olösliga ämnen (såsom Li2Co3) och gas. Dessa olösliga ämnen kommer att blockera elektrodens mikroporer och hindra 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 något lösningsmedel kommer att öka elektrolytens koncentration, minska elektrolytens stabilitet och slutligen påverka batteriets kapacitet. Om man antar att en liten mängd elektrolyt förbrukas varje gång det laddas, krävs mer elektrolyt vid batterimontering. 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 ökar batteriets polarisering och minskar batteriets utspänning.

Ovan är hela innehållet om kapacitetsbalansen för 6s litiumbatteri som presenteras idag. 6s litiumbatteriet har olika interkalationsenergier när interkalationsreaktionen sker mellan de två elektroderna, och för att uppnå bästa prestanda för batteriet bör de två hostelektroderna ha olika interkalationsenergier. Kapacitetsförhållandet bör hållas på ett balanserat värde; ett mindre massförhållande leder till ofullständig användning av den negativa elektrodmaterialet; ett större massförhållande kan orsaka säkerhetsrisk på grund av överladdning av den negativa elektroden. Vid det optimerade massförhållandet är elektrodprestandan för 6s litiumbatteriet bäst; huvudorsaken till kapacitetsobalansen i 6s litiumbatteriet är överladdning.
Jag hoppas att dagens innehåll är till hjälp för dig, mer information kommer kontinuerligt att uppdateras, vi ses i nästa nummer.