Причина ємності літієвого акумулятора 6s — це формула для розуміння!

6s lithium battery є найшвидше зростаючою вторинною батареєю після нікель-кадмієвих та нікель-водневих батарей. Її властивості з високою енергією роблять її майбутнє перспективним. Однак 6s lithium battery не ідеальна, і її найбільшою проблемою є стабільність циклу заряд-розряд. У цій статті підсумовано та проаналізовано можливу причину зниження ємності 6s lithium battery: перезаряд.

Баланс ємності літієвої батареї 6s

Літієва батарея 6s має різну енергію інтеркаляції, коли реакція інтеркаляції відбувається між двома електродами, і для досягнення найкращої продуктивності батареї співвідношення ємності двох основних електродів має підтримувати збалансоване значення.
У літієвій батареї 6s баланс ємності виражається як масове співвідношення позитивного електрода до негативного електрода, а саме: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
У наведеній вище формулі C позначає теоретичну кулонну ємність електрода літієвої батареї 6s, а Δx і Δy позначають стехіометричне число іонів літію, вбудованих у негативний електрод і позитивний електрод літієвого електрода відповідно. З наведеного вище рівняння видно, що необхідне масове співвідношення двох полюсів залежить від відповідної кулонної ємності двох полюсів і кількості їх відповідних оборотних іонів літію.

Вплив дисбалансу ємності 6s літієвої батареї

Загалом, менше масове співвідношення призводить до неповного використання матеріалу негативного електрода; більше масове співвідношення може спричинити небезпеку через перезарядку негативного електрода. Коротко кажучи, при оптимізованому масовому співвідношенні електродні характеристики 6s літієвої батареї є найкращими.
Для ідеальної системи літій-іонної батареї баланс ємності не змінюється під час її циклу, і 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 6s літієвої батареї. Як тільки стан балансу ємності 6s літієвої батареї змінюється, ця зміна є незворотною і може накопичуватися протягом кількох циклів. Це серйозно впливає на продуктивність 6s літієвої батареї. У 6s літієвих батареях, крім редокс-реакцій, що відбуваються при деінтеркаляції іонів літію, також відбувається велика кількість побічних реакцій, таких як розклад електроліту, розчинення активного матеріалу та осадження металевого літію.

Причина дисбалансу ємності 6s літієвої батареї: перезарядка

1. Реакція перезарядки графітового негативного електрода:
Коли батарея 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, утворюючи Li2CO3, LiF або інші продукти;
③ Металевий літій зазвичай утворюється між негативним електродом і сепаратором, що може заблокувати пори сепаратора і збільшити внутрішній опір батареї;

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 активного матеріалу позитивного електрода надто багато відносно активного матеріалу негативного електрода. Однак при високій швидкості зарядки осадження металевого літію може відбуватися навіть при нормальному співвідношенні активних матеріалів позитивного та негативного електродів.

2. Реакція перезарядки позитивного електрода
Коли співвідношення активного матеріалу позитивного електрода до активного матеріалу негативного електрода занадто низьке, ймовірна перезарядка 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
Водночас кисень, що утворюється внаслідок розкладу матеріалу позитивного електрода в герметичній 6s літієвій батареї, накопичується через відсутність реакцій рекомбінації (наприклад, утворення H2O) і легкозаймистий газ, що утворюється внаслідок розкладу 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 окислюється при перезарядженні
Коли тиск перевищує 4,5 В, електроліт окислюється з утворенням нерозчинних речовин (таких як Li2Co3) і газу. Ці нерозчинні речовини блокують мікропори електрода і перешкоджають міграції іонів літію, що призводить до втрати ємності під час циклу.
Фактори, що впливають на швидкість окислення:
Площа поверхні матеріалу позитивного електрода
Матеріал струмознімача
Доданий провідний агент (сажі тощо)
Тип і площа поверхні сажі
Серед більш поширених електролітів EC/DMC вважається найбільш стійким до окислення. Електрохімічний процес окислення розчину зазвичай виражається як: розчин→продукт окислення (газ, розчин і тверда речовина)+ne-

Окислення будь-якого розчинника збільшує концентрацію електроліту, знижує стабільність електроліту і в кінцевому підсумку впливає на ємність батареї. Припускаючи, що під час кожного заряджання споживається невелика кількість електроліту, під час складання батареї 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 збільшує поляризацію батареї і знижує вихідну напругу батареї.

Вищезазначене — це весь зміст балансу ємності 6s літієвої батареї, представлений вам сьогодні. 6s літієва батарея має різну енергію інтеркаляції, коли реакція інтеркаляції відбувається між двома електродами, і для досягнення найкращої продуктивності батареї два основні електроди мають різну енергію інтеркаляції. Співвідношення ємності має підтримуватися на збалансованому рівні; менше співвідношення мас призводить до неповного використання матеріалу негативного електрода; більше співвідношення мас може спричинити небезпеку через перезаряд негативного електрода. При оптимізованому співвідношенні мас продуктивність електрода 6s літієвої батареї є найкращою; основною причиною дисбалансу ємності 6s літієвої батареї є перезаряд.
Сподіваюся, що сьогоднішній контент буде для вас корисним, більше інформації буде постійно оновлюватися, до зустрічі в наступному випуску.