2s 5600 lipo pilin kapasite azalmasının nedenlerini ayrıntılı olarak açıklayın

2s 5600 lipo batarya, nikel kadmiyum ve nikel hidrojen 2s 5600 lipo bataryadan sonra en hızlı büyüyen ikincil 2s 5600 lipo bataryadır. Yüksek enerji özellikleri geleceğinin parlak görünmesini sağlar. Ancak, 2s 5600 lipo batarya mükemmel değildir, en büyük sorunu şarj-deşarj döngüsünün kararlılığıdır.
CNHL, 2s 5600 lipo bataryanın kapasite düşüşünün olası nedenlerini, aşırı şarj, elektrolit ayrışması ve kendi kendine deşarj dahil olmak üzere özetler ve analiz eder.
2s 5600 lipo batarya, iki elektrot arasında interkalasyon reaksiyonu gerçekleştiğinde farklı interkalasyon enerjilerine sahiptir ve 2s 5600 lipo bataryanın en iyi performansını elde etmek için iki ana elektrotun kapasite oranı dengede tutulmalıdır.
2s 5600 lipo bataryada, kapasite dengesi pozitif elektrotun negatif elektrota kütle oranı olarak ifade edilir,
Yani: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Yukarıdaki formülde, C elektrodun teorik coulombik kapasitesini, Δx ve Δy sırasıyla negatif elektrot ve pozitif elektrota gömülü lityum iyonlarının stokiyometrik sayısını ifade eder. Yukarıdaki formülden, iki kutbun gereken kütle oranının, iki kutbun karşılık gelen Coulomb kapasitelerine ve kendi geri dönüşümlü lityum iyonlarının sayılarına bağlı olduğu görülmektedir.
Genel olarak, daha küçük bir kütle oranı negatif elektrot malzemesinin eksik kullanımına yol açar; daha büyük bir kütle oranı ise negatif elektrotun aşırı şarjı nedeniyle bir güvenlik riski oluşturabilir. Kısacası, optimize edilmiş kütle oranında, 2s 5600 lipo batarya en iyi performansa sahiptir.
İdeal bir Li-ion2s 5600 lipo batarya sistemi için, kapasite dengesi döngüsü boyunca değişmez ve her döngüdeki başlangıç kapasitesi belirli bir değerdir, ancak gerçek durum çok daha karmaşıktır. Lityum iyonları veya elektronları üretebilen veya tüketebilen herhangi bir yan reaksiyon, 2s 5600 lipo bataryanın kapasite dengesinde değişikliğe neden olabilir. 2s 5600 lipo bataryanın kapasite dengesi değiştiğinde, bu değişiklik geri döndürülemez ve birden fazla döngü boyunca kümülatif olarak gerçekleşebilir, bu da 2s 5600 lipo bataryanın performansı üzerinde ciddi bir etkiye sahiptir. 2s 5600 lipo bataryada, lityum iyonlarının deinterkalasyonu sırasında gerçekleşen redoks reaksiyonlarının yanı sıra, elektrolit ayrışması, aktif malzeme çözünmesi ve metalik lityum birikimi gibi çok sayıda yan reaksiyon da vardır.

Sebep 1: 2s 5600 lipo batarya aşırı şarj edilmiş

1. Grafit negatif elektrotun aşırı şarj reaksiyonu:
2s 5600 lipo pil aşırı şarj edildiğinde, lityum iyonları kolayca indirgenir ve negatif elektrot yüzeyine birikir:
Biriken lityum, negatif elektrot yüzeyini kaplar ve lityumun interkalasyonunu engeller. Bu, aşağıdakiler nedeniyle deşarj verimliliğinde azalma ve kapasite kaybına yol açar:
① Geri kazanılabilir lityum miktarını azaltır;
② Biriken metalik lityum, çözücü veya destek elektrolit ile reaksiyona girerek Li2CO3, LiF veya diğer ürünleri oluşturur;
③ Metalik lityum genellikle negatif elektrot ile ayırıcı arasında oluşur, bu da ayırıcı gözeneklerini tıkayabilir ve 2s 5600 lipo pilin iç direncini artırabilir;
④ Lityumun çok aktif doğası nedeniyle, elektrolitle kolayca reaksiyona girer ve elektroliti tüketir, bu da deşarj verimliliğinde azalma ve kapasite kaybına yol açar.
Hızlı şarjda, akım yoğunluğu çok yüksek olur, negatif elektrot şiddetle polarize olur ve lityum birikimi daha belirgin hale gelir. Bu, pozitif elektrot aktif malzeme negatif elektrot aktif malzemeye göre fazla olduğunda meydana gelme olasılığı yüksektir. Ancak, yüksek şarj hızında, pozitif ve negatif aktif malzeme oranı normal olsa bile metalik lityum birikimi olabilir.
Lityum pillerin aşırı şarjı için lütfen şu kaynağa bakınız: Lipo pil 4s şarj ve deşarj prensibi, mutlaka iyi saklayın!
2. Pozitif elektrot aşırı şarj reaksiyonu
Pozitif elektrot aktif malzeme ile negatif elektrot aktif malzeme oranı çok düşük olduğunda, pozitif elektrot aşırı şarjı meydana gelme olasılığı yüksektir.
Pozitif elektrotun aşırı şarjından kaynaklanan kapasite kaybı, esas olarak elektrokimyasal olarak inert maddelerin (örneğin Co3O4, Mn2O3 vb.) oluşmasından kaynaklanır; bu maddeler elektrotlar arasındaki kapasite dengesini bozar ve kapasite kaybı geri döndürülemez.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Aynı zamanda, kapalı 2s 5600 lipo pilde pozitif elektrot malzemesinin ayrışmasıyla oluşan oksijen, yeniden birleşme reaksiyonu (örneğin H2O oluşumu) olmadığı için birikir ve elektrolitin ayrışmasıyla oluşan yanıcı gazla birlikte sonuçları hayal edilemez olur.
(2) λ-MnO2
Lityum-mangan reaksiyonu, lityum-mangan oksit tamamen delityumlandığında gerçekleşir: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Elektrolit aşırı şarjda oksitlenir
Basınç 4.5V'den yüksek olduğunda, elektrolit oksitlenerek çözünmeyen maddeler (örneğin Li2Co3) ve gazlar oluşturur. Bu çözünmeyen maddeler elektrodun mikroporlarını tıkar ve lityum iyonlarının göçünü engeller, bu da döngü sırasında kapasite kaybına yol açar.
Oksidasyon hızını etkileyen faktörler:
Pozitif elektrot malzemesinin yüzey alanı
Akım toplayıcı malzeme
Eklenen iletken madde (karbon siyahı vb.)
Karbon siyahının türü ve yüzey alanı
Daha yaygın kullanılan elektrolitler arasında, EC/DMC en yüksek oksidasyon direncine sahip olarak kabul edilir. Çözeltinin elektrokimyasal oksidasyon süreci genellikle şu şekilde ifade edilir: çözelti→oksidasyon ürünü (gaz, çözelti ve katı madde)+ne-
Herhangi bir çözücünün oksidasyonu elektrolit konsantrasyonunu artırır, elektrolit stabilitesini düşürür ve nihayetinde 2s 5600 lipo pilin kapasitesini etkiler. Her şarjda az miktarda elektrolit tüketildiği varsayılırsa, 2s 5600 lipo pil monte edilirken daha fazla elektrolit gereklidir. Sabit bir kap için bu, daha az aktif madde yüklendiği anlamına gelir ve bu da ilk kapasitenin düşmesine yol açar. Ayrıca, katı bir ürün oluşursa, elektrot yüzeyinde bir pasivasyon filmi oluşur, bu da 2s 5600 lipo pilin polarizasyonunun artmasına ve çıkış voltajının düşmesine neden olur.

Sebep 2: 2s 5600 lipo pil elektrolit ayrışması (indirgenme)

Elektrottan ayrışırım
1. Elektrolit pozitif elektrottan ayrışır:
Elektrolit bir çözücü ve destekleyici elektrolitten oluşur. Pozitif elektrotun ayrışmasından sonra genellikle Li2Co3 ve LiF gibi çözünmeyen ürünler oluşur, bu da elektrotun gözeneklerini tıkayarak 2s 5600 lipo pilin kapasitesini azaltır. Elektrolitin indirgenme reaksiyonu 2s 5600 lipo pilin kapasitesini ve döngü ömrünü etkiler. Olumsuz etkileri vardır ve indirgenme sonucu oluşan gaz 2s 5600 lipo pilin iç basıncını artırarak güvenlik sorunlarına yol açar.
Pozitif elektrot ayrışma voltajı genellikle 4.5V (Li/Li+ karşı) üzerindedir, bu yüzden pozitif elektrottan kolayca ayrışmazlar. Aksine, elektrolit negatif elektrottan daha kolay ayrışır.
Lityum pil elektroliti hakkında aşağıdaki makalede detaylı bir tanıtım vardır, ilgilenen ortaklar bakabilir:
Cnhl 6s lipo pil elektroliti, pratik işlev ve klasik sistem yapısı
2. Elektrolit negatif elektrottan ayrışır:
Elektrolit, grafit ve diğer lityum eklenmiş karbon anotlarda stabil değildir ve geri dönüşü olmayan kapasite oluşturmak için kolayca reaksiyona girer. İlk şarj ve deşarj sırasında, elektrolitin ayrışması elektrot yüzeyinde bir pasivasyon filmi oluşturur ve pasivasyon filmi elektroliti karbon negatif elektrottan ayırarak elektrolitin daha fazla ayrışmasını önler. Böylece karbon anotun yapısal stabilitesi korunur. İdeal koşullar altında, elektrolitin indirgenmesi pasivasyon filmi oluşum aşaması ile sınırlıdır ve döngü stabil olduğunda bu süreç gerçekleşmez.
Pasivasyon filminin oluşumu
Elektrolit tuzlarının indirgenmesi pasivasyon filminin oluşumuna katılır, bu da pasivasyon filminin stabilizasyonuna faydalıdır, ancak
(1) İndirgenme sonucu oluşan çözünmeyen maddeler, çözücü indirgenme ürünleri üzerinde olumsuz etki yapacaktır;
(2) Elektrolit tuzu azaldığında elektrolit konsantrasyonu düşer, bu da sonunda 2s 5600 lipo pilin kapasite kaybına yol açar (LiPF6 LiF, LixPF5-x, PF3O ve PF3'e indirgenir);
(3) Pasivasyon filminin oluşumu lityum iyonlarını tüketir, bu da iki elektrot arasındaki kapasite dengesizliğine neden olarak tüm 2s 5600 lipo pilin özgül kapasitesini azaltır.
(4) Pasivasyon filminde çatlaklar varsa, çözücü molekülleri nüfuz ederek pasivasyon filmini kalınlaştırabilir; bu sadece daha fazla lityum tüketmekle kalmaz, aynı zamanda karbon yüzeyindeki mikroporları tıkayarak lityumun girip çıkmasını engelleyebilir ve geri dönüşü olmayan kapasite kaybına yol açar. Elektrolite CO2, N2O, CO, SO2 gibi bazı inorganik katkı maddeleri eklemek, pasivasyon filminin oluşumunu hızlandırabilir ve çözücünün birlikte girişini ve ayrışmasını engelleyebilir. Taç eter organik katkı maddelerinin eklenmesi de aynı etkiye sahiptir. 12 taç ve 4 eter en iyisidir.
Film kapasite kaybı faktörleri:
(1) İşlemde kullanılan karbon türü;
(2) Elektrolit bileşimi;
(3) Elektrotlarda veya elektrolitlerdeki katkı maddeleri.
Blyr, iyon değişim reaksiyonunun aktif malzeme parçacığının yüzeyinden çekirdeğine doğru ilerlediğine, oluşan yeni fazın orijinal aktif malzemeyi gömdüğüne ve parçacık yüzeyinde düşük iyonik ve elektronik iletkenliğe sahip pasif bir film oluştuğuna inanır; böylece depolama sonrası spinel, depolama öncesine göre daha fazla polarizasyona sahiptir.
Zhang, yüzey pasivasyon tabakasının direncinin arttığını ve ara yüzey kapasitansının döngü sayısının artmasıyla azaldığını buldu. Bu, pasivasyon tabakasının kalınlığının döngü sayısıyla arttığını yansıtır. Manganez çözünmesi ve elektrolitin ayrışması pasivasyon filmlerinin oluşmasına yol açar ve yüksek sıcaklık koşulları bu reaksiyonların ilerlemesine daha elverişlidir. Bu, aktif malzeme parçacıkları arasındaki temas direncini ve Li+ göç direncini artırarak 2s 5600 lipo pilin polarizasyonunu, eksik şarj ve deşarjı ve kapasite azalmasını artırır.

II Elektrolit İndirgenme Mekanizması
Elektrolit genellikle oksijen, su, karbondioksit ve diğer safsızlıkları içerir ve 2s 5600 lipo pilin şarj ve deşarj sürecinde redoks reaksiyonları gerçekleşir.
Elektrolitin indirgenme mekanizması üç yönü içerir: çözücü indirgenmesi, elektrolit indirgenmesi ve safsızlık indirgenmesi:
1. Çözücü indirgenmesi
PC ve EC'nin indirgenmesi tek elektron ve iki elektron reaksiyon süreçlerini içerir ve iki elektron reaksiyonu Li2CO3 oluşturur:
Fong ve ark., ilk deşarj sürecinde elektrot potansiyeli 0.8V (Li/Li+ karşı) civarındayken, PC/EC'nin grafit üzerinde elektrokimyasal reaksiyona girerek CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) ve LiCO3(s) oluşturduğunu ve bunun grafit elektrotlarda geri dönüşümsüz kapasite kaybına yol açtığını düşündü.
Aurbach ve ark., lityum metal elektrotlar ve karbon bazlı elektrotlar üzerindeki çeşitli elektrolitlerin indirgenme mekanizması ve ürünleri üzerine kapsamlı araştırmalar yaptı ve PC'nin tek elektron reaksiyon mekanizmasının ROCO2Li ve propilen ürettiğini buldu. ROCO2Li iz suya çok duyarlıdır. İz su varlığında ana ürünler Li2CO3 ve propilendir, ancak kuru koşullarda Li2CO3 oluşmaz.
DEC'nin restorasyonu:

Ein-Eli Y, dietil karbonat (DEC) ve dimetil karbonat (DMC) karışımı elektrolitin 2s 5600 lipo bataryada etil metil karbonat (EMC) üretmek için değişim reaksiyonuna gireceğini ve bunun kapasite kaybına bir miktar etkisi olduğunu bildirdi.
2. Elektrolit indirgenmesi
Elektrolitin indirgenme reaksiyonu genellikle karbon elektrot yüzey filmi oluşumunda rol oynadığı düşünülür, bu nedenle tipi ve konsantrasyonu karbon elektrotun performansını etkiler. Bazı durumlarda, elektrolitin indirgenmesi karbon yüzeyinin stabilizasyonuna katkıda bulunur ve istenen pasivasyon tabakasını oluşturabilir.
(3) Çözücüde oksijen varlığı da Li2O oluşumuna yol açar
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Metal lityum ile tam interkale edilmiş karbon arasındaki potansiyel fark küçük olduğundan, elektrolitin karbon üzerindeki indirgenmesi lityum üzerindeki indirgenmeye benzer.

Sebep 3: 2s 5600 lipo batarya kendi kendine deşarjı

Kendi kendine deşarj, 2s 5600 lipo batarya kullanılmadığında kapasitesinin doğal olarak kaybolması olgusunu ifade eder. 2s 5600 lipo batarya kendi kendine deşarjı (aşağıdaki lipo batarya kendi kendine deşarjı hakkında makalede ayrıntılı tanıtım vardır: lipo batarya 3s kendi kendine deşarj kuru malzeme!) iki durumda kapasite kaybına yol açar:
Biri geri dönüşümlü kapasite kaybıdır;
İkincisi geri dönüşümsüz kapasite kaybıdır.
Geri dönüşümlü kapasite kaybı, kaybedilen kapasitenin şarj sırasında geri kazanılabileceği anlamına gelirken, geri dönüşümsüz kapasite kaybı bunun tersidir. Pozitif ve negatif elektrotlar, şarjlı durumda mikro-2s 5600 lipo batarya için elektrolit ile etkileşime girebilir ve bu da lityum iyonlarının interkalasyonu ve deinterkalasyonuna yol açar. İnterkale ve deinterkale edilen lityum iyonları sadece elektrolitin lityum iyonları ile ilgilidir, bu nedenle pozitif ve negatif elektrotların kapasitesi dengesizdir ve bu kapasite kaybı şarj sırasında geri kazanılamaz. örneğin:
Lityum manganez oksit pozitif elektrot ve çözgen mikro-2s 5600 lipo pil etkisi yaparak kendi kendine deşarj ve geri dönüşü olmayan kapasite kaybına yol açar:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Çözgen molekülleri (örneğin PC), iletken malzeme karbon siyahı veya akım toplayıcının yüzeyinde mikro 2s 5600 lipo pil negatif elektrodu olarak oksitlenir:
xPC→xPC-radikal+xe-
Benzer şekilde, negatif aktif malzeme elektrolitle etkileşime girerek kendi kendine deşarjı tetikleyebilir ve geri dönüşü olmayan kapasite kaybına neden olabilir, elektrolit (örneğin LiPF6) iletken malzeme üzerinde indirgenir:
PF5+xe-→PF5-x
Şarjlı durumda lityum karbür, mikro 2s 5600 lipo pilin negatif elektrodu olarak lityum iyonlarını çıkararak oksitlenir:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Kendi kendine deşarjı etkileyen faktörler: pozitif elektrot malzemesinin üretim süreci, 2s 5600 lipo pilin üretim süreci, elektrolit özellikleri, sıcaklık ve zaman.
Kendi kendine deşarj oranı esas olarak çözgen oksidasyon hızı tarafından kontrol edilir, bu nedenle çözgenin stabilitesi 2s 5600 lipo pilin depolama ömrünü etkiler.
Çözgenin oksidasyonu esas olarak karbon siyahının yüzeyinde gerçekleşir ve karbon siyahının yüzey alanını azaltmak kendi kendine deşarj oranını kontrol edebilir, ancak LiMn2O4 katot malzemeleri için aktif malzemelerin yüzey alanını azaltmak da aynı derecede önemlidir ve akım toplayıcının yüzeyinin çözgen oksidasyonundaki rolü göz ardı edilemez.
2s 5600 lipo pil ayırıcı üzerinden akım sızıntısı da Li-ion 2s 5600 lipo pilde kendi kendine deşarjı tetikleyebilir, ancak bu süreç ayırıcının direnciyle sınırlıdır, çok düşük bir hızda gerçekleşir ve sıcaklıktan bağımsızdır. 2s 5600 lipo pilin kendi kendine deşarj oranının sıcaklığa çok bağımlı olduğu göz önüne alındığında, bu süreç kendi kendine deşarjın ana mekanizması değildir.
Eğer negatif elektrot tamamen şarjlı durumda iken pozitif elektrot kendi kendine deşarj olursa, 2s 5600 lipo pilde kapasite dengesi bozulur ve kalıcı kapasite kaybı meydana gelir.

Uzun süreli veya sık kendi kendine deşarj sırasında, lityum karbon üzerinde çökelerek elektrotlar arasındaki kapasite dengesizliğini artırabilir.
Pistoia ve ark. üç ana metal oksit katodun çeşitli elektrolitlerde kendi kendine deşarj oranlarını karşılaştırdı ve kendi kendine deşarj oranlarının farklı elektrolitlerle değiştiğini buldu. Kendi kendine deşarj olmuş oksidasyon ürünlerinin elektrot malzemesindeki mikroporları tıkadığı, lityumun interkalasyonunu ve ekstraksiyonunu zorlaştırdığı, iç direnci artırdığı ve deşarj verimliliğini azalttığı, bunun da geri dönüşü olmayan kapasite kaybına yol açtığı belirtilmiştir.
Lityum piller hakkında daha fazla bilgi için lütfen aşağıya tıklayın:
5600mah 2s lipo pil modelleme temelleri