Поясніть детально причини зниження ємності 2s 5600 lipo акумулятора

2s 5600 lipo battery є найшвидше зростаючим вторинним 2s 5600 lipo акумулятором після нікель-кадмієвих та нікель-водневих 2s 5600 lipo акумуляторів. Його властивості з високою енергією роблять його майбутнє перспективним. Однак 2s 5600 lipo акумулятор не ідеальний, його найбільша проблема — стабільність циклу заряд-розряд.
CNHL підсумовує та аналізує можливі причини зниження ємності 2s 5600 lipo акумулятора, включаючи перезаряд, розклад електроліту та саморозряд.
2s 5600 lipo акумулятор має різну енергію інтеркаляції, коли реакція інтеркаляції відбувається між двома електродами, і для досягнення найкращої продуктивності 2s 5600 lipo акумулятора співвідношення ємності двох основних електродів має підтримувати баланс.
У 2s 5600 lipo акумуляторі баланс ємності виражається як співвідношення мас позитивного електрода до негативного електрода,
Тобто: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
У наведеній формулі C означає теоретичну кулонівську ємність електрода, а Δx і Δy — стехіометричні числа іонів літію, що вбудовуються у негативний та позитивний електроди відповідно. З наведеного рівняння видно, що необхідне співвідношення мас двох полюсів залежить від відповідної кулонівської ємності двох полюсів і кількості їх відповідних оборотних іонів літію.
Загалом, менше співвідношення мас призводить до неповного використання матеріалу негативного електрода; більше співвідношення мас може спричинити небезпеку через перезаряд негативного електрода. Коротко кажучи, при оптимізованому співвідношенні мас 2s 5600 lipo акумулятор має найкращі характеристики.
Для ідеальної системи акумулятора Li-ion2s 5600 lipo баланс ємності не змінюється протягом циклу, а початкова ємність у кожному циклі є певним значенням, але реальна ситуація набагато складніша. Будь-яка побічна реакція, яка може генерувати або споживати іони літію чи електрони, може спричинити зміну балансу ємності 2s 5600 lipo акумулятора. Як тільки баланс ємності 2s 5600 lipo акумулятора змінюється, ця зміна є незворотною і може накопичуватися протягом кількох циклів, що серйозно впливає на продуктивність 2s 5600 lipo акумулятора. У 2s 5600 lipo акумуляторі, крім окисно-відновної реакції, що відбувається при деінтеркаляції іонів літію, також відбувається велика кількість побічних реакцій, таких як розклад електроліту, розчинення активного матеріалу та осадження металевого літію.

Причина 1: 2s 5600 lipo battery перезаряджається

1. Реакція перезарядження графітового негативного електрода:
Коли 2s 5600 lipo battery перезаряджається, іони літію легко відновлюються і осаджуються на поверхні негативного електрода:
Осаджений літій покриває поверхню негативного електрода, блокуючи інтеркаляцію літію. Це призводить до зниження ефективності розряду та втрати ємності через:
① Зменшення кількості перероблюваного літію;
② Осаджений металевий літій реагує з розчинником або допоміжним електролітом з утворенням Li2CO3, LiF або інших продуктів;
③ Металевий літій зазвичай утворюється між негативним електродом і сепаратором, що може блокувати пори сепаратора і збільшувати внутрішній опір 2s 5600 lipo battery;
④ Через дуже високу активність літію він легко реагує з електролітом і споживає електроліт, що призводить до зниження ефективності розряду та втрати ємності.
Швидка зарядка, занадто велика густина струму, негативний електрод сильно поляризується, і осадження літію буде більш помітним. Це ймовірно, коли активний матеріал позитивного електрода надмірний відносно активного матеріалу негативного електрода. Однак при високій швидкості заряджання осадження металевого літію може відбуватися навіть при нормальному співвідношенні активних матеріалів позитивного та негативного електродів.
Для перезарядження літій-іонних батарей дивіться наступне: Принцип заряджання та розряджання Lipo battery 4s, обов’язково зберігайте її належним чином!
2. Реакція перезарядження позитивного електрода
Коли співвідношення активного матеріалу позитивного електрода до активного матеріалу негативного електрода занадто низьке, ймовірно виникнення перезарядження позитивного електрода.
Втрати ємності, спричинені перезарядкою позитивного електрода, головним чином пов'язані з утворенням електрохімічно інертних речовин (таких як [Co3O4＋O2(g)], Mn2O3 тощо), які руйнують баланс ємності між електродами, і втрата ємності є незворотною.
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
Одночасно кисень, що утворюється внаслідок розкладу матеріалу позитивного електрода в герметичній 2s 5600 lipo battery, накопичується, оскільки немає реакції рекомбінації (наприклад, утворення H2O), а також горючий газ, що утворюється при розкладі електроліту, і наслідки можуть бути непередбачуваними.
(2) λ-MnO2
Реакція літій-марганець відбувається, коли літій-марганцевий оксид повністю делітійований: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. Електроліт окиснюється при перезарядженні
Коли тиск перевищує 4.5V, електроліт окиснюється з утворенням нерозчинних речовин (таких як Li2Co3) та газів. Ці нерозчинні речовини блокують мікропори електрода і перешкоджають міграції іонів літію, що призводить до втрати ємності під час циклування.
Фактори, що впливають на швидкість окиснення:
Площа поверхні матеріалу позитивного електрода
Матеріал струмознімача
Доданий провідний агент (саж, тощо)
Тип і площа поверхні сажі
Серед більш поширених електролітів EC/DMC вважається найбільш стійким до окиснення. Електрохімічний процес окиснення розчину зазвичай виражається як: розчин→продукт окиснення (газ, розчин і тверда речовина)+ne-
Окиснення будь-якого розчинника збільшує концентрацію електроліту, зменшує стабільність електроліту і в кінцевому підсумку впливає на ємність 2s 5600 lipo акумулятора. Припускаючи, що невелика кількість електроліту споживається з кожним зарядом, при складанні 2s 5600 lipo акумулятора потрібно більше електроліту. Для постійного контейнера це означає, що завантажується менша кількість активної речовини, що призводить до зниження початкової ємності. Крім того, якщо утворюється твердий продукт, на поверхні електрода утворюється пасиваційна плівка, що спричиняє збільшення поляризації 2s 5600 lipo акумулятора і зменшує вихідну напругу 2s 5600 lipo акумулятора.

Причина 2: розклад електроліту 2s 5600 lipo акумулятора (відновлення)

Я розкладаюся на електроді
1. Електроліт розкладається на позитивному електроді:
Електроліт складається з розчинника та допоміжного електроліту. Після розкладу позитивного електрода зазвичай утворюються нерозчинні продукти, такі як Li2Co3 та LiF, які зменшують ємність 2s 5600 lipo акумулятора, блокуючи пори електрода. Відновна реакція електроліту впливає на ємність і термін служби 2s 5600 lipo акумулятора. Вона має негативний вплив, а газ, що утворюється внаслідок відновлення, збільшує внутрішній тиск 2s 5600 lipo акумулятора, що призводить до проблем безпеки.
Напруга розкладу позитивного електрода зазвичай більша за 4,5 В (відносно Li/Li+), тому вони не легко розкладаються на позитивному електроді. Навпаки, електроліт легше розкладається на негативному електроді.
Наступна стаття про електроліт літієвого акумулятора має детальний вступ, і зацікавлені партнери можуть звернутися до неї:
Електроліт акумулятора Cnhl 6s lipo, практична функція та класична система конструкції
2. Електроліт розкладається на негативному електроді:
Електроліт нестабільний на графіті та інших вуглецевих анодах з літієм, і він легко реагує, утворюючи незворотну ємність. Під час початкового заряду та розряду розклад електроліту утворює пасиваційну плівку на поверхні електрода, і пасиваційна плівка може відокремлювати електроліт від вуглецевого негативного електрода, щоб запобігти подальшому розкладу електроліту. Таким чином, підтримується структурна стабільність вуглецевого анода. За ідеальних умов відновлення електроліту обмежується стадією утворення пасиваційної плівки, і цей процес не відбувається, коли цикл стабільний.
Утворення пасиваційної плівки
Відновлення солей електроліту бере участь у формуванні пасиваційної плівки, що сприяє стабілізації пасиваційної плівки, але
(1) Нерозчинні речовини, що утворюються в результаті відновлення, негативно впливають на продукт відновлення розчинника;
(2) Концентрація електроліту зменшується при зниженні солі електроліту, що в кінцевому підсумку призводить до втрати ємності 2s 5600 lipo батареї (LiPF6 відновлюється з утворенням LiF, LixPF5-x, PF3O та PF3);
(3) Утворення пасиваційної плівки споживає іони літію, що призводить до дисбалансу ємності між двома електродами і зменшує питому ємність всієї 2s 5600 lipo батареї.
(4) Якщо на пасиваційній плівці є тріщини, молекули розчинника можуть проникати і потовщувати пасиваційну плівку, що не лише споживає більше літію, але й може блокувати мікропори на поверхні вуглецю, що призводить до неможливості вставлення та вилучення літію, спричиняючи незворотну втрату ємності. Додавання деяких неорганічних добавок до електроліту, таких як CO2, N2O, CO, SO2 тощо, може прискорити утворення пасиваційної плівки та пригнічувати спільне вставлення і розклад розчинника. Додавання органічних добавок-коронних ефірів також має такий самий ефект. 12-коронні та 4-етерні є найкращими.
Фактори втрати ємності плівки:
(1) Тип вуглецю, що використовується в процесі;
(2) Склад електроліту;
(3) Додатки в електродах або електролітах.
Блайр вважає, що реакція іонного обміну просувається від поверхні частинки активного матеріалу до її ядра, нова фаза, що утворюється, закриває оригінальний активний матеріал, і на поверхні частинки формується пасивна плівка з низькою іонною та електронною провідністю, тому спінель після зберігання має більшу поляризацію, ніж до зберігання.
Чжан виявив, що опір поверхневого пасиваційного шару збільшується, а міжфазна ємність зменшується зі збільшенням кількості циклів. Це свідчить про те, що товщина пасиваційного шару зростає з кількістю циклів. Розчинення марганцю та розклад електроліту призводять до утворення пасиваційних плівок, і умови високої температури сприяють перебігу цих реакцій. Це збільшує контактний опір між частинками активного матеріалу та опір міграції Li+, що призводить до підвищення поляризації 2s 5600 lipo батареї, неповного заряджання та розряджання і зниження ємності.

II Механізм відновлення електроліту
Електроліт часто містить кисень, воду, вуглекислий газ та інші домішки, і під час процесу заряджання та розряджання 2s 5600 lipo батареї відбуваються редокс-реакції.
Механізм відновлення електроліту включає три аспекти: відновлення розчинника, відновлення електроліту та відновлення домішок:
1. Відновлення розчинника
Відновлення PC та EC включає однеланцюговий та дволанцюговий процеси реакції, а дволанцюгова реакція утворює Li2CO3:
Fong та ін. вважали, що під час першого розряду, коли потенціал електрода був близько 0,8 В (відносно Li/Li+), на графіті відбувалася електрохімічна реакція PC/EC з утворенням CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) та LiCO3(s), що призводило до незворотної втрати ємності на графітових електродах.
Aurbach та ін. провели широкі дослідження механізму відновлення та продуктів різних електролітів на електродах з літієвого металу та вугільних електродах і виявили, що однеланцюговий механізм реакції PC утворює ROCO2Li та пропілен. ROCO2Li дуже чутливий до слідів води. Основними продуктами є Li2CO3 та пропілен у присутності слідів води, але за сухих умов Li2CO3 не утворюється.
Відновлення DEC:

Ein-Eli Y повідомив, що електроліт, змішаний з діетилкарбонатом (DEC) і диметилкарбонатом (DMC), зазнає обмінної реакції у 2s 5600 lipo battery з утворенням етилметилкарбонату (EMC), що дещо впливає на втрату ємності.
2. Відновлення електроліту
Реакція відновлення електроліту зазвичай вважається залученою до утворення плівки на поверхні вугільного електрода, тому її тип і концентрація впливають на характеристики вугільного електрода. В деяких випадках відновлення електроліту сприяє стабілізації поверхні вуглецю, що може формувати бажаний пасивуючий шар.
(3) Наявність кисню у розчиннику також утворює Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

Оскільки різниця потенціалів між металевим літієм і повністю інтеркальованим вуглецем мала, відновлення електроліту на вуглеці подібне до відновлення на літії.

Причина 3: саморозряд 2s 5600 lipo battery

Саморозряд означає явище, коли ємність 2s 5600 lipo battery природно втрачається, коли вона не використовується. Саморозряд 2s 5600 lipo battery (у наступній статті про саморозряд lipo battery є детальний опис: lipo battery 3s self-discharge dry goods!) призводить до втрати ємності у двох випадках:
Перше — це зворотна втрата ємності;
Друге — це втрата незворотної ємності.
Зворотна втрата ємності означає, що втрачену ємність можна відновити під час заряджання, тоді як незворотна втрата ємності є протилежною. Позитивний і негативний електроди можуть взаємодіяти з електролітом для micro-2s 5600 lipo battery у зарядженому стані, що призводить до інтеркаляції та деінтеркаляції іонів літію. Інтеркальовані та деінтеркальовані іони літію пов’язані лише з іонами літію електроліту, тому ємність позитивного та негативного електродів є незбалансованою, і ця частина втрати ємності не може бути відновлена під час заряджання. наприклад:
Позитивний електрод з літійманганового оксиду та розчинник матимуть ефект мікро акумулятора 2s 5600 lipo, що призведе до саморозряду та незворотної втрати ємності:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
Молекули розчинника (наприклад, PC) окислюються як негативний електрод мікро акумулятора 2s 5600 lipo на поверхні провідного матеріалу сажі або струмозбирача:
xPC→xPC-радикал+xe-
Аналогічно, негативний активний матеріал може взаємодіяти з електролітом, спричиняючи саморозряд і незворотну втрату ємності, а електроліт (наприклад, LiPF6) відновлюється на провідному матеріалі:
PF5+xe-→PF5-x
Літійкарбід у зарядженому стані окислюється шляхом видалення іонів літію як негативний електрод мікро акумулятора 2s 5600 lipo:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
Фактори, що впливають на саморозряд: технологія виготовлення матеріалу позитивного електрода, технологія виготовлення акумулятора 2s 5600 lipo, властивості електроліту, температура та час.
Швидкість саморозряду головним чином контролюється швидкістю окислення розчинника, тому стабільність розчинника впливає на термін зберігання акумулятора 2s 5600 lipo.
Окислення розчинника відбувається переважно на поверхні сажі, і зменшення площі поверхні сажі може контролювати швидкість саморозряду, але для катодних матеріалів LiMn2O4 однаково важливо зменшити площу поверхні активних матеріалів, а роль поверхні струмозбирача в окисленні розчинника не можна ігнорувати.
Токові витоки через сепаратор акумулятора 2s 5600 lipo також можуть спричиняти саморозряд у Li-ion 2s 5600 lipo, але цей процес обмежений опором сепаратора, відбувається дуже повільно і не залежить від температури. Враховуючи, що швидкість саморозряду 2s 5600 lipo сильно залежить від температури, цей процес не є основним механізмом саморозряду.
Якщо негативний електрод знаходиться у повністю зарядженому стані, а позитивний електрод саморозряджається, баланс ємності в акумуляторі 2s 5600 lipo буде порушено, що призведе до постійної втрати ємності.

Під час тривалого або частого саморозряду літій може осідати на вуглеці, збільшуючи дисбаланс ємності між електродами.
Пістоя та ін. порівняли швидкість саморозряду трьох основних катодів з оксидів металів у різних електролітах і виявили, що швидкість саморозряду змінюється залежно від електроліту. Зазначено, що продукти окислення, що утворюються при саморозряді, блокують мікропори на матеріалі електрода, ускладнюючи інтеркаляцію та вилучення літію, збільшуючи внутрішній опір і знижуючи ефективність розряду, що призводить до незворотної втрати ємності.
Для отримання додаткової інформації про літієві акумулятори, будь ласка, натисніть нижче:
Основи моделювання акумулятора 5600mah 2s lipo