6s lityum pil kapasitesinin nedeni, anlamak için bir formüldür!

6s lithium battery, nikel-kadmiyum ve nikel-hidrojen pillerinden sonra en hızlı büyüyen ikincil pildir. Yüksek enerji özellikleri geleceğinin parlak görünmesini sağlar. Ancak, 6s lithium battery mükemmel değildir ve en büyük sorunu şarj-deşarj döngüsünün kararlılığıdır. Bu makale, 6s lithium battery kapasite düşüşünün olası nedenini özetler ve analiz eder: aşırı şarj.

6s lityum pil kapasite dengesi

6s lityum pilde, interkalasyon reaksiyonu iki elektrot arasında gerçekleştiğinde farklı interkalasyon enerjileri vardır ve pilin en iyi performansını elde etmek için iki ana elektrodun kapasite oranı dengeli bir değerde tutulmalıdır.
6s lityum pilde, kapasite dengesi pozitif elektrodun negatif elektroduna kütle oranı olarak ifade edilir, yani: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
Yukarıdaki formülde, C 6s lityum pil elektrodunun teorik coulombik kapasitesini ifade eder ve Δx ile Δy sırasıyla lityum elektrodunun negatif elektrodu ve pozitif elektroduna gömülü olan stekiyometrik lityum iyonu sayısını ifade eder. Yukarıdaki formülden, iki kutbun gerekli kütle oranının, iki kutbun karşılık gelen Coulomb kapasitesine ve bunların sırasıyla geri dönüşümlü lityum iyonu sayılarına bağlı olduğu görülebilir.

6s lityum pil kapasite dengesizliği etkisi

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 güvenlik riski oluşturabilir. Kısacası, optimize edilmiş kütle oranında, 6s lityum pilin elektrot performansı en iyidir.
İdeal bir Li-ion pil sistemi için, kapasite dengesi döngü 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, 6s lityum pilin kapasite dengesinde değişikliğe neden olabilir. 6s lityum pilin kapasite dengesi durumu değiştiğinde, bu değişiklik geri döndürülemez ve birden fazla döngü boyunca birikebilir. Bu durum 6s lityum pil performansını ciddi şekilde etkiler. 6s lityum pillerde, lityum iyonlarının deinterkalasyonu sırasında gerçekleşen redoks reaksiyonlarının yanı sıra, elektrolit bozunması, aktif malzeme çözünmesi ve metalik lityum birikimi gibi çok sayıda yan reaksiyon da vardır.

6s lityum pil kapasite dengesizliği nedeni: aşırı şarj

1. Grafit negatif elektrotun aşırı şarj reaksiyonu:
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 dönüştürülebilir lityum miktarını azaltır;
② Biriken metalik lityum, çözücü veya destekleyici 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 pilin iç direncini artırabilir;

④ Lityumun çok aktif doğası nedeniyle, elektrolit ile kolayca reaksiyona girer ve elektroliti tüketir, bu da deşarj verimliliğinde azalmaya ve kapasite kaybına yol açar.
Hızlı şarjda, akım yoğunluğu çok yüksek olduğunda, negatif elektrot şiddetle polarize olur ve lityum birikimi daha belirgin hale gelir. Bu durum, pozitif elektrot aktif malzemenin negatif elektrot aktif malzemeye göre fazla olduğu durumlarda meydana gelme olasılığı yüksektir. Ancak, yüksek şarj hızında, pozitif ve negatif aktif malzeme oranı normal olsa bile metalik lityum birikimi oluşabilir.

2. Pozitif elektrot aşırı şarj reaksiyonu
Pozitif elektrot aktif malzeme ile negatif elektrot aktif malzeme oranı çok düşük olduğunda, pozitif aşırı şarj olasılığı yüksektir
Pozitif elektrodun aşırı şarjından kaynaklanan kapasite kaybı, esas olarak elektrokimyasal olarak inert maddelerin (örneğin Co3O4, Mn2O3 vb.) oluşumundan 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 6s lityum pilde pozitif elektrot malzemesinin ayrışmasıyla oluşan oksijen, yeniden birleşme reaksiyonlarının (örneğin H2O oluşumu) olmaması nedeniyle birikecek ve elektrolitin ayrışmasıyla oluşan yanıcı gazla birlikte sonuçları hayal edilemez olacaktır.
(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'dan yüksek olduğunda, elektrolit oksitlenerek çözünmeyen maddeler (örneğin Li2Co3) ve gaz oluşturur. Bu çözünmeyen maddeler elektrotun mikroporlarını tıkar ve lityum iyonlarının göçünü engeller, bu da döngü sırasında kapasite kaybına neden olur.
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 pilin kapasitesini etkiler. Her şarjda az miktarda elektrolit tüketildiği varsayıldığında, pil montajı sırasında daha fazla elektrolit gereklidir. Sabit bir kap için bu, daha az aktif madde yüklenmesi anlamına gelir ve bu da başlangıç kapasitesinde azalmaya yol açar. Ayrıca, katı bir ürün oluşursa, elektrot yüzeyinde pasivasyon filmi oluşur, bu da pilin polarizasyonunu artırır ve pilin çıkış voltajını düşürür.

Yukarıda bugün size sunulan 6s lityum pilin kapasite dengesi ile ilgili tüm içerik yer almaktadır. 6s lityum pilde, iki elektrot arasında ara katman reaksiyonu gerçekleştiğinde farklı ara katman enerjileri vardır ve pilin en iyi performansını elde etmek için iki ana elektrotun farklı ara katman enerjilerine sahip olması gerekir. Kapasite oranı dengeli bir değerde tutulmalıdır; daha küçük bir kütle oranı negatif elektrot malzemesinin tam olarak kullanılmamasına yol açar; daha büyük bir kütle oranı ise negatif elektrotun aşırı şarjı nedeniyle güvenlik riski oluşturabilir. Optimize edilmiş kütle oranında, 6s lityum pilin elektrot performansı en iyidir; 6s lityum pilin kapasite dengesizliğinin ana nedeni aşırı şarjdır.
Umarım bugünün içeriği size faydalı olmuştur, daha fazla bilgi sürekli güncellenecektir, bir sonraki sayıda görüşmek üzere.