تجزیه و تحلیل تحلیل علت کاهش ظرفیت باتری لیتیومی

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

در یک باتری لیتیوم یونی، تعادل ظرفیت به صورت نسبت جرمی الکترود مثبت به الکترود منفی بیان می شود، یعنی:<000000>گاما;= m + / m- =δXC- /δYC + فرمول بالایی C به ظرفیت کولن نظری الکترود اشاره دارد،δکم،δY به اندازه گیری شیمیایی یون های لیتیوم در یک الکترود منفی و یک الکترود مثبت اشاره دارد. از فرمول بالا می توان دریافت که نسبت جرمی دو قطب به تعداد ظرفیت کولن و یون های لیتیوم برگشت پذیر مربوطه با توجه به دو قطب بستگی دارد. به طور کلی، نسبت جرم کوچکتر باعث استفاده ناقص از مواد الکترود منفی می شود. نسبت جرم بزرگتر ممکن است به دلیل قرار گرفتن بیش از حد الکترود منفی، خطر ایمنی داشته باشد.

به طور خلاصه، در بهینه ترین نسبت کیفیت، عملکرد باتری بهینه است. مربوط به سیستم باتری ایده آل Li-ION، در دوره چرخه آن، مقدار محتوا تغییر نمی کند و ظرفیت اولیه در هر چرخه مقدار مشخصی است، اما وضعیت واقعی بسیار پیچیده تر است. هر واکنش جانبی که می تواند ظاهر شود یا یون های لیتیوم یا الکترون ها را مصرف کند، می تواند باعث تغییر در تعادل ظرفیت باتری شود، هنگامی که تعادل ظرفیت باتری رخ می دهد، این تغییر غیرقابل برگشت است و می تواند در چرخه های متعدد جمع شود و عملکرد باتری رخ می دهد.

تاثیر جدی علاوه بر این، به جز احتباس اکسیداسیون یون لیتیوم، تعداد زیادی واکنش جانبی مانند تجزیه و تحلیل الکترولیت، انحلال ماده فعال، رسوب فلز لیتیوم و غیره وجود دارد. اولی: شارژ بیش از حد 1، شارژ بیش از حد منفی گرافیت: هنگامی که باتری بیش از حد شارژ می شود، یون لیتیوم به راحتی در سطح منفی کاهش می یابد: لیتیوم رسوب شده با سطح منفی پوشانده شده است و جاسازی لیتیوم را مسدود می کند.

راندمان تخلیه کاهش می یابد و از دست دادن ظرفیت، اصلی: 1 را می توان با لیتیوم حلقوی کاهش داد. 2 فلز لیتیوم و حلال یا الکترولیت پشتیبان رسوب کرده تا Li2CO3، LIF یا سایر محصولات تشکیل شود. 3 لیتیوم فلزی معمولاً بین الکترود منفی و دیافراگم تشکیل می شود، احتمالاً منافذ دیافراگم مسدود کننده مقاومت داخلی باتری را افزایش می دهد. شارژ سریع، چگالی جریان خیلی زیاد، قطبش منفی شدید، رسوب لیتیوم واضح تر خواهد بود. این وضعیت در موقعیتی که الکترود منفی فعال است به راحتی رخ می دهد.

با این حال، در مورد نرخ شارژ بالا، رسوب لیتیوم فلزی ممکن است رخ دهد حتی اگر نسبت الکترود مثبت و منفی فعال نرمال باشد. 2، هنگامی که مقاومت فعال الکترود مثبت خیلی کم است، واکنش دقت مثبت بسیار کم است و شارژ آن آسان است. انتقال مثبت باعث می شود که از دست دادن ظرفیت به دلیل وقوع مواد بی اثر الکتروشیمیایی (مانند CO3O4، MN2O3 و غیره) باشد.

) که تعادل ظرفیت بین الکترودها را مختل می کند و افت ظرفیت آن غیر قابل برگشت است. (1) liycoo2liycoo2→(1-y) / 3 [CO3O4 + O2 (G)] + Ylicoo2Y <0.4 Simultaneous positive electrode material analyzes oxygen in a sealed lithium ion battery to analyze the oxygen due to the absence of re-reactive reaction (such as the formation of H2O) and the combustible gas in the electrolyte analysis At the same time, the consequences will be unimaginable.

(2)λ- واکنش لیتیوم منگنز MnO2 در حالتی رخ می دهد که اکسید لیتیوم منگنز کاملاً نامناسب است.:λ-نه2→Mn2O3 + O2 (G) 3، الکترولیت هنگامی که الکترولیت اکسید می شود هنگامی که فشار بالاتر از 4.5 ولت است اکسید می شود و الکترولیت (به عنوان مثال

، Li2CO3) و گاز اکسید می شوند و این نامحلول ها ریز منافذ الکترود را مسدود می کنند. مهاجرت یون های لیتیوم باعث کاهش ظرفیت در طول چرخه می شود. تأثیر بر سرعت اکسیداسیون: نوع و اندازه سطح عامل رسانا (کربن سیاه و غیره).

) اضافه شده توسط الکترود مثبت مواد جمع کننده اندازه مساحت سطح مواد (کربن سیاه و غیره) در محلول الکترولیتی مورد استفاده در حال حاضر، EC / DMC دارای بالاترین ظرفیت اکسیداسیون در نظر گرفته می شود. فرآیند اکسیداسیون الکتروشیمیایی محلول به طور کلی به صورت: محلول بیان می شود→محصولات اکسیداسیون (گازها، محلول ها و مواد جامد) + NE- هر اکسیداسیون حلالی می تواند غلظت الکترولیت را افزایش دهد، پایداری الکترولیت کاهش می یابد و در نهایت ظرفیت باتری کاهش می یابد.

فرض کنید هر بار که الکترولیت شارژ می شود، بخش کوچکی از الکترولیت را مصرف می کند، سپس الکترولیت بیشتری در مونتاژ باتری وجود دارد. برای ظروف ثابت به این معنی است که مقدار کمی ماده فعال بارگیری می شود که باعث کاهش ظرفیت اولیه می شود. علاوه بر این، اگر یک محصول جامد رخ دهد، یک فیلم غیرفعال بر روی سطح الکترود تشکیل می شود که باعث می شود باتری ولتاژ خروجی باتری را افزایش دهد.

اصل 2: ​​الکترولیت (بازگشت) I در تجزیه و تحلیل الکترود 1 کاهش ظرفیت باتری، واکنش کاهش الکترولیت در برابر ظرفیت باتری و عمر گردش اثر نامطلوبی خواهد داشت و به دلیل کاهش گاز باعث افزایش باتری می شود و در نتیجه منجر به مشکلات ایمنی می شود. ولتاژ آنالیز الکترود مثبت معمولاً بیشتر از 4.5 ولت (مربوط به Li / Li +) است، بنابراین تجزیه و تحلیل مثبت آنها آسان نیست.

در عوض، الکترولیت ها برای تجزیه و تحلیل متفاوت تر هستند. 2، الکترولیت بر روی الکترود منفی تجزیه و تحلیل می شود: الکترولیت دارای گرافیت و سایر منفی های کربن پیتونال نیست و اگر برگشت ناپذیر باشد به راحتی می توان واکنش نشان داد. تجزیه و تحلیل محلول الکترولیتی در زمان شارژ و دشارژ اولیه یک فیلم غیرفعال بر روی سطح الکترود تشکیل می دهد و فیلم غیرفعال می تواند از تجزیه و تحلیل بیشتر الکترولیت و الکترود کربن منفی جلوگیری کند.

بنابراین، پایداری ساختاری الکترود کربن منفی حفظ می شود. در حالت ایده آل، کاهش الکترولیت به مرحله تشکیل فیلم غیرفعال سازی محدود می شود و زمانی که چرخه پایدار است، این فرآیند دیگر رخ نمی دهد. کاهش تشکیل نمک الکترولیت فیلم غیرفعال سازی در تشکیل فیلم غیرفعال سازی نقش دارد، که تثبیت فیلم غیرفعال را تسهیل می کند، اما ماده حل شده ای که به حلال کاهش می یابد تحت تأثیر محصول احیای حلال قرار می گیرد. (2) کاهش نمک الکترولیت غلظت محلول الکترولیتی کاهش یافت و در نهایت باعث ظرفیت باتری شد (کاهش LiPF6 برای تولید LIF، LiXPF5-X، PF3O و PF3). (3) تشکیل فیلم غیرفعال برای مصرف یون های لیتیوم است که می تواند باعث عدم تعادل ظرفیت قطبی شود.

کل باتری کاهش یافته است. (4) در صورت وجود ترک بر روی فیلم غیرفعال، مولکول حلال را می توان برای ضخیم شدن فیلم غیرفعال منتقل کرد، که نه تنها لیتیوم بیشتری مصرف می کند، بلکه ممکن است ریز منافذ روی سطح کربن مسدود شود، در نتیجه لیتیوم قادر به جاسازی و تخلیه و در نتیجه از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر است. برخی از افزودنی های معدنی مانند CO2، N2O، CO، SO2 و غیره را اضافه کنید.

، می تواند تشکیل فیلم غیرفعال را تسریع کند و می تواند نمادسازی و تجزیه و تحلیل حلال را مهار کند و افزودن افزودنی آلی اتر تاج نیز همین اثر را دارد که در آن 12 روکش 4 اتر بهترین است. عوامل کاهش ظرفیت تشکیل فیلم: (1) نوع کربن. (2) مواد تشکیل دهنده الکترولیت؛ (3) مواد افزودنی در الکترود یا الکترولیت. BLYR معتقد است که واکنش تبادل یونی از سطح ماده فعال به سمت هسته آن پیش می رود، فاز جدید تشکیل شده مدفون می شود و سطح ذرات رسانایی یونی و الکترونی کم را تشکیل می دهند، بنابراین اسپینل پس از ذخیره سازی.

قطبش بیشتر از ذخیره سازی ZHANG تجزیه نسبی طیف امپدانس AC را قبل و بعد از ماده الکترود کشف می کند، با تعداد سیکل های جدید، مقاومت لایه غیرفعال سطحی افزایش یافته و ظرفیت رابط کاهش می یابد. انعکاس ضخامت لایه غیرفعال با تعداد چرخه ها اضافه می شود.

انحلال منگنز و تجزیه و تحلیل الکترولیت منجر به تشکیل فیلم غیرفعال می شود و شرایط دمای بالا برای این واکنش ها مساعدتر است. این امر باعث مقاومت غیرمستقیم ذرات ماده فعال و افزایش مقاومت مهاجرتی Li + می شود و در نتیجه قطبش باتری افزایش می یابد و شارژ و دشارژ کامل نمی شود و ظرفیت کاهش می یابد. الکترولیت مکانیسم احیاکننده محلول الکترولیتی II اغلب حاوی ناخالصی هایی مانند اکسیژن، آب، دی اکسید کربن است و واکنش های اکسیداتیو در طول فرآیند شارژ و تخلیه باتری رخ می دهد.

مکانیسم کاهش الکترولیت شامل کاهش حلال، کاهش الکترولیت و کاهش ناخالصی از سه جنبه است: 1، کاهش کاهش حلال PC و EC شامل یک واکنش الکترونی به فرآیند واکنش الکترونیکی دوم است، واکنش الکترون دوم Li2CO3: FONG و غیره را تشکیل می‌دهد، در مرحله اول در طول فرآیند تخلیه، پتانسیل الکترود نزدیک به O.8Vv است.

li/li +)، PC/EC واکنش الکتروشیمیایی را روی گرافیت ایجاد می‌کند و CH = CHCH3 (G) / CH2 = CH2 (G) و LiCO3 (s) تولید می‌کند که منجر به کاهش ظرفیت برگشت‌ناپذیر الکترودهای گرافیتی می‌شود. Aurbach و همکاران برای طیف گسترده ای از مکانیسم های کاهش الکترولیت و محصولات آن بر روی یک الکترود فلزی لیتیوم و الکترود مبتنی بر کربن، دریافتند که RocO2Li و پروپیلن در مکانیزم واکنش الکترونیکی PC رخ می دهد. Roco2li به ردیابی آب بسیار حساس است.

محصول محکم Li2CO3 و پروپیلن است، اما هیچ Li2CO3 در مورد خشک کن وجود ندارد. Ein-Eliy گزارش داد که یک الکترولیت از دی اتیل کربنات (DEC) و دی متی متان (DMC) ساخته شده است، واکنش واکنش در باتری رخ می دهد و متیل کربنات (EMC) تشکیل می شود و از دست دادن ظرفیت مشخصی وجود دارد. تاثیر.

2، واکنش کاهش الکترولیت احیا الکترولیت به طور کلی در تشکیل سطح الکترود کربن نقش دارد و بنابراین، انواع و غلظت آن بر عملکرد الکترود کربن تأثیر می‌گذارد. در برخی موارد، کاهش الکترولیت به پایداری سطح کربن کمک می کند و می تواند لایه غیرفعال سازی مورد نظر را تشکیل دهد. عموماً اعتقاد بر این است که کاهش الکترولیت پشتیبان آسان تر از حلال است و گنجاندن محصول کاهش در فیلم رسوب کرده الکترود منفی بر کاهش ظرفیت باتری تأثیر می گذارد.

چندین واکنش کاهشی که الکترولیت‌ها را پشتیبانی می‌کنند ممکن است به شرح زیر رخ دهد: 3، محتوای آب در کاهش ناخالصی (1) محتوای آب در الکترولیت لایه‌های رسوب LiOH (S) و Li2O را ایجاد می‌کند که برای جاسازی یون لیتیوم مساعد نیست و باعث از دست دادن ظرفیت غیرقابل برگشت می‌شود: H2O + E.→OH- + 1 / 2H2OH- + Li +→LiOH (s) LiOH + Li ++ E-→Li2O (S) + 1 / 2H2 LiOH (S) را تولید می کند تا سطح الکترود را رسوب دهد، یک لایه سطحی بزرگ را تشکیل می دهد که مقاومت زیادی دارد، مانع از الکترودهای گرافیتی جاسازی شده Li + می شود و در نتیجه از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر می شود. آب متوسط ​​در حلال (100-300×10-6) تاثیری بر عملکرد الکترود گرافیتی ندارد. (2) CO2 موجود در حلال را می توان بر روی الکترود منفی کاهش داد تا CO و LiCO3 (S) تشکیل شود: 2CO2 + 2E- + 2LI +→Li2CO3 + COCO باتری را در باتری افزایش می دهد، در حالی که Li2CO3 (S) مقاومت باتری را افزایش می دهد و عملکرد باتری را افزایش می دهد.

(3) حضور اکسیژن در حلال نیز Li2O را تشکیل می دهد زیرا اختلاف پتانسیل بین لیتیوم فلزی و کربن لیتیوم کاملاً موازی کم است و کاهش الکترولیت روی کربن مشابه کاهش لیتیوم است. اصل 3: خود تخلیه خود تخلیه به این معنی است که باتری به طور طبیعی در حالت استفاده نشده از بین می رود. خود تخلیه باتری لیتیوم یون در دو مورد نتیجه می دهد: یکی از دست دادن ظرفیت برگشت پذیر. دوم از دست دادن ظرفیت غیر قابل برگشت است.

افت ظرفیت برگشت پذیر به این معنی است که ظرفیت اتلاف را می توان در طول شارژ بازیابی کرد، و افت ظرفیت غیر قابل برگشت معکوس می شود، و الکترود مثبت و منفی ممکن است در استفاده میکروسل با الکترولیت در حالت شارژ استفاده شود، و یون لیتیوم جاسازی شده و متروک، تعبیه مثبت و منفی و خاموش است. یون های لیتیوم تعبیه شده فقط به یون های لیتیوم الکترولیت مربوط می شوند و بنابراین ظرفیت الکترود مثبت و منفی نامتعادل است. این بخش از افت ظرفیت هنگام شارژ قابل بازیابی نیست.

مانند: الکترود و حلال مثبت اکسید منگنز لیتیوم می تواند تخلیه خود را ناشی از تخلیه خود ایجاد کند: مولکول های حلال (مثلاً PC) به عنوان سلول های میکروبی روی سطح ماده رسانا کربن سیاه یا سیال جریان اکسید می شوند: همان ماده فعال الکترود منفی ممکن است از محلول الکترولیتی خود تخلیه شود و به عنوان محلول الکترولیتی به الکترولیت کاهش می یابد (Li6F) به الکترولیت کاهش می یابد. الکترولیت (مانند LiPF6).

یون لیتیوم از الکترود منفی میکروکنترلر به عنوان الکترود منفی حالت شارژ حذف می شود: عوامل خود تخلیه: فرآیند تولید مواد الکترود مثبت، فرآیند تولید باتری، خواص الکترولیت، دما، زمان. نرخ خود تخلیه به شدت توسط نرخ اکسیداسیون حلال کنترل می شود، بنابراین پایداری حلال بر عمر ذخیره سازی باتری تأثیر می گذارد. اکسیداسیون حلال در سطح کربن سیاه اتفاق می افتد و سطح کربن سیاه می تواند میزان تخلیه خود را کنترل کند، اما برای مواد الکترود مثبت LIMN2O4، سطح ماده فعال را نیز به شدت کاهش می دهد و سطح کلکتور فعلی را نمی توان نادیده گرفت که اکسیداسیون حلال را نادیده گرفت.

جریان نشت شده توسط دیافراگم باتری نیز می تواند باعث تخلیه خود در باتری لیتیوم یونی شود، اما این فرآیند به دلیل مقاومت دیافراگم، با سرعت بسیار پایین، محدود می شود و ربطی به دما ندارد. با توجه به اینکه نرخ خود تخلیه باتری به شدت به دما بستگی دارد، این فرآیند یک مکانیسم حیاتی در خود تخلیه نیست. اگر الکترود منفی در حالت برق کافی باشد، محتویات باتری از بین می رود که منجر به از دست دادن ظرفیت دائمی می شود.