Analiza przyczyn osłabienia pojemności baterii litowej

著者：Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

W akumulatorze litowo-jonowym bilans pojemności wyrażony jest jako stosunek masy elektrody dodatniej do masy elektrody ujemnej, mianowicie:<000000>gamma;= m + / m- =δXC- /δYC + górny wzór C odnosi się do teoretycznej pojemności kulombowskiej elektrody,δmały,δY odnosi się do chemicznego pomiaru jonów litu osadzonych w elektrodzie ujemnej i elektrodzie dodatniej. Z powyższego wzoru wynika, że ​​stosunek masy dwóch biegunów zależy od liczby pojemności kulombowskiej i odpowiednich odwracalnych jonów litu na obu biegunach. Ogólnie rzecz biorąc, mniejszy stosunek masy powoduje niepełne wykorzystanie materiału elektrody ujemnej; większy stosunek masy może stwarzać zagrożenie bezpieczeństwa ze względu na zbytnie umieszczenie elektrody ujemnej.

Krótko mówiąc, przy najbardziej zoptymalizowanym stosunku jakości do jakości, wydajność baterii jest optymalna. W przypadku idealnego systemu akumulatorów Li-ION w okresie cyklu ilość zawartości nie ulega zmianie, a początkowa pojemność w każdym cyklu ma określoną wartość, ale rzeczywista sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana. Każda reakcja uboczna, która może wystąpić lub spowodować zużycie jonów litu lub elektronów, może spowodować zmianę równowagi pojemności akumulatora. Gdy raz nastąpi równowaga pojemności akumulatora, zmiana ta jest nieodwracalna i może się kumulować w wielu cyklach, a wydajność akumulatora ulega poprawie.

Poważny wpływ. Ponadto, oprócz retencji jonów litu w procesie utleniania, występuje wiele reakcji ubocznych, takich jak analiza elektrolitu, rozpuszczanie substancji czynnej, osadzanie się litu metalicznego itp. Oryginalna: przeładowanie 1, przeładowanie ujemne grafitu: Kiedy akumulator jest przeładowany, jon litu łatwo ulega redukcji na powierzchni ujemnej: osadzony lit jest pokrywany powierzchnią ujemną, blokując osadzanie się litu.

Wydajność rozładowania ulega zmniejszeniu, a pojemność traci swoje pierwotne właściwości: 1. Lit cykliczny może zostać zmniejszony; 2. Osadzony lit metaliczny i rozpuszczalnik lub elektrolit pomocniczy tworzą Li2CO3, LIF lub inne produkty; 3. Lit metaliczny zwykle tworzy się pomiędzy elektrodą ujemną a przeponą, ewentualnie Pory blokującej przepony zwiększają rezystancję wewnętrzną akumulatora. Szybkie ładowanie, zbyt duża gęstość prądu, silna ujemna polaryzacja, osadzanie się litu będzie bardziej widoczne. Taka sytuacja może łatwo wystąpić, gdy aktywna jest elektroda ujemna.

Jednakże w przypadku wysokiego prądu ładowania osadzanie się litu metalicznego może nastąpić nawet wtedy, gdy proporcje aktywnej elektrody dodatniej i ujemnej są prawidłowe. 2. Reakcja dodatniej precyzji jest zbyt niska, gdy rezystancja czynnej elektrody dodatniej jest zbyt niska, co ułatwia ładowanie. Dodatnia przemiana powoduje utratę pojemności na skutek występowania substancji elektrochemicznie obojętnych (takich jak CO3O4, MN2O3 itp.).

), co zaburza równowagę pojemności pomiędzy elektrodami, a utrata pojemności jest nieodwracalna. (1) liykoo2liykoo2→(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-Reakcja litu i manganu z MnO2 zachodzi w stanie, w którym tlenek litu i manganu jest całkowicie zdecentralizowany:λ-Mno2→Mn2O3 + O2 (G) 3, elektrolit utlenia się, gdy ciśnienie jest wyższe niż 4,5 V, a elektrolit (np.

, Li2CO3) i gaz ulegają utlenieniu, a te nierozpuszczalne substancje blokują mikropory elektrody. Migracja jonów litu powoduje utratę pojemności w trakcie cyklu. Czynniki wpływające na szybkość utleniania: Rodzaj i wielkość powierzchni środka przewodzącego (sadza itp.).

) dodawanych przez powierzchnię materiału elektrody dodatniej oraz materiał kolektora (sadza itp.) w obecnie stosowanym roztworze elektrolitycznym, EC/DMC jest uważany za mający najwyższą zdolność utleniania. Proces elektrochemicznego utleniania roztworu jest zazwyczaj wyrażany jako: roztwór→Produkty utleniania (gazy, roztwory i substancje stałe) + NE - utlenianie jakiegokolwiek rozpuszczalnika może zwiększyć stężenie elektrolitu, stabilność elektrolitu ulega obniżeniu, a pojemność akumulatora ulega zmniejszeniu.

Załóżmy, że podczas każdego ładowania zużywana jest niewielka część elektrolitu, co oznacza, że ​​w zespole akumulatora znajduje się większa ilość elektrolitu. W przypadku pojemników stałych oznacza to, że wprowadza się do nich niewielką ilość substancji czynnej, co powoduje zmniejszenie początkowej pojemności. Ponadto, jeśli powstanie produkt stały, na powierzchni elektrody utworzy się warstwa pasywacyjna, która spowoduje wzrost napięcia wyjściowego akumulatora.

Oryginał 2: Elektrolit (odwracanie) I Analiza elektrod 1 Zmniejszenie pojemności akumulatora, reakcja redukcji elektrolitu przeciwko pojemności akumulatora i żywotności będzie miała negatywny wpływ, a ze względu na redukcję gazu zwiększy akumulator, co prowadzi do problemów bezpieczeństwa. Napięcie analizy elektrody dodatniej jest zwykle większe niż 4,5 V (w odniesieniu do Li/Li+), więc nie jest łatwo je analizować w przypadku elektrod dodatnich.

Zamiast tego analiza elektrolitów jest bardziej zróżnicowana. 2. Elektrolit analizowany jest na elektrodzie ujemnej: elektrolit nie zawiera dużo grafitu i innych ujemnych atomów węgla pitonalnego, a jeśli reakcja jest nieodwracalna, łatwo ulega zmianie. Analiza roztworu elektrolitycznego w czasie ładowania i rozładowywania pierwotnego spowoduje utworzenie się warstwy pasywacyjnej na powierzchni elektrody, a warstwa pasywacyjna może uniemożliwić dalszą analizę elektrolitu i ujemnej elektrody węglowej.

Dzięki temu zachowana jest stabilność strukturalna ujemnej elektrody węglowej. W idealnym przypadku redukcja elektrolitu ogranicza się do etapu formowania się filmu pasywacyjnego i proces ten nie zachodzi, gdy cykl jest stabilny. Redukcja tworzenia się soli elektrolitycznej w warstwie pasywacyjnej jest zaangażowana w tworzenie się warstwy pasywacyjnej, co ułatwia stabilizację warstwy pasywacyjnej, ale rozpuszczony materiał, który jest redukowany do rozpuszczalnika, jest niekorzystnie dotknięty produktem redukcji rozpuszczalnika; (2) redukcja soli elektrolitycznej Stężenie roztworu elektrolitycznego zostało zmniejszone, co ostatecznie spowodowało pojemność baterii (redukcja LiPF6 w celu wytworzenia LIF, LiXPF5-X, PF3O i PF3); (3) Tworzenie się warstwy pasywacyjnej ma na celu zużycie jonów litu, co może spowodować zaburzenie równowagi pojemności polarnej.

Cała bateria została zmniejszona. (4) Jeżeli na warstwie pasywacyjnej pojawi się pęknięcie, cząsteczka rozpuszczalnika może zostać przeniesiona, powodując pogrubienie warstwy pasywacyjnej, co nie tylko powoduje większe zużycie litu, ale także może zablokować mikropory na powierzchni węgla, co uniemożliwia osadzenie się litu i jego rozładowanie. Powoduje to nieodwracalną utratę pojemności. Dodaj trochę dodatków nieorganicznych, takich jak CO2, N2O, CO, SO2, itp.

, może przyspieszyć tworzenie się warstwy pasywacyjnej i może hamować symbolizację i analizę rozpuszczalnika; dodanie organicznego dodatku eteru koronowego ma ten sam efekt, przy czym najlepszy jest eter 12 koronowy 4. Czynniki utraty zdolności tworzenia filmu: (1) Rodzaj węgla; (2) składniki elektrolitu; (3) dodatki w elektrodzie lub elektrolicie. BLYR zakłada, że ​​reakcja wymiany jonowej postępuje od powierzchni materiału aktywnego do jego rdzenia, utworzona nowa faza zostaje zagrzebana, a powierzchnia cząstek tworzy strukturę o niskiej przewodności jonowej i elektronowej, czyli spinelu po przechowywaniu.

Więcej polaryzacji niż magazynowania. ZHANG odkrywa porównawczy rozkład widma impedancji prądu przemiennego przed i za materiałem elektrody; przy nowej liczbie cykli rezystancja warstwy pasywacyjnej powierzchni wzrasta, a pojemność interfejsu ulega zmniejszeniu. Odzwierciedla to grubość warstwy pasywacyjnej, do której dodaje się liczbę cykli.

Rozpuszczenie manganu i analiza elektrolitu powodują utworzenie się warstwy pasywacyjnej, a wysoka temperatura bardziej sprzyja tym reakcjom. Spowoduje to pośredni opór cząstek materiału aktywnego i wzrost oporu migracji Li+, co zwiększy polaryzację akumulatora. Ładowanie i rozładowywanie nie będzie kompletne, a pojemność ulegnie zmniejszeniu. II mechanizm redukcyjny roztworu elektrolitycznego Elektrolit często zawiera zanieczyszczenia, takie jak tlen, woda, dwutlenek węgla, a podczas procesu ładowania i rozładowywania akumulatora zachodzą reakcje utleniania.

Mechanizm redukcji elektrolitu obejmuje redukcję rozpuszczalnika, redukcję elektrolitu i redukcję zanieczyszczeń w trzech aspektach: 1. Redukcja rozpuszczalnika, redukcja PC i EC obejmuje reakcję elektronową do drugiego procesu reakcji elektronowej, druga reakcja elektronowa tworzy Li2CO3: FONG itp., w pierwszym. Podczas procesu rozładowania potencjał elektrody jest bliski 0,8 V (w porównaniu z

li/li +), PC / EC generuje reakcję elektrochemiczną na graficie, w wyniku której powstają CH = CHCH3 (G) / CH2 = CH2 (G) i LiCO3 (s), co powoduje nieodwracalną utratę pojemności na elektrodach grafitowych. Aurbach i in., badając szeroki zakres mechanizmów redukcji elektrolitu i jego produktów na elektrodzie metalowo-litowej i elektrodzie węglowej, odkryli, że RocO2Li i propylen występują w mechanizmie reakcji elektronowej PC. Roco2li jest bardzo wrażliwy na śladowe ilości wody.

Produktem szczelnym jest Li2CO3 i polipropylen, ale w przypadku suszenia nie ma Li2CO3. Ein-Eliy poinformował, że w elektrolicie składającym się z węglanu dietylu (DEC) i dimetylometanu (DMC) w akumulatorze zachodzi reakcja, w wyniku której powstaje węglan metylu (EMC), a także następuje pewna utrata pojemności. Uderzenie.

2. Reakcja redukcji elektrolitu redukcyjnego jest na ogół uznawana za reakcję uczestniczącą w formowaniu powierzchni elektrody węglowej, a zatem jej rodzaje i stężenia będą miały wpływ na wydajność elektrody węglowej. W niektórych przypadkach redukcja elektrolitu przyczynia się do stabilności powierzchni węgla i może spowodować powstanie pożądanej warstwy pasywacyjnej. Ogólnie przyjmuje się, że elektrolit pomocniczy jest łatwiejszy do zredukowania niż rozpuszczalnik, a inkluzja produktu redukcji w osadzonym filmie elektrody ujemnej wpływa na tłumienie pojemności akumulatora.

Może wystąpić kilka reakcji redukcji, które wspomagają elektrolity, w następujący sposób: 3. Zawartość wody w redukcji zanieczyszczeń (1) Zawartość wody w elektrolicie spowoduje osadzanie się warstw LiOH (S) i Li2O, co nie sprzyja osadzaniu się jonów litu, powodując nieodwracalną utratę pojemności: H2O + E→OH- + 1 / 2H2OH- + Li +→LiOH (s) LiOH + Li ++ E-→Li2O(S)+1/2H2 wytwarza LiOH(S) osadzający się na powierzchni elektrody, tworzący dużą warstwę powierzchniową o dużej rezystancji, utrudniającą osadzanie się grafitowych elektrod Li+, co powoduje nieodwracalną utratę pojemności. Średnia woda w rozpuszczalniku (100-300×10-6) Nie ma to wpływu na wydajność elektrody grafitowej. (2) CO2 w rozpuszczalniku można zredukować na elektrodzie ujemnej, tworząc CO i LiCO3 (S): 2CO2 + 2E- + 2LI +→Li2CO3 + COCO zwiększy pojemność akumulatora, podczas gdy Li2CO3 (S) zwiększy rezystancję akumulatora, zwiększając jego wydajność.

(3) Obecność tlenu w rozpuszczalniku również tworzy Li2O, ponieważ różnica potencjałów między metalem litem a węglem w całkowicie równoległym licie jest niewielka, a redukcja elektrolitu na węglu jest podobna do redukcji litu. Oryginalnie 3: Samorozładowanie Samorozładowanie oznacza, że ​​akumulator ulega naturalnemu rozładowaniu, gdy nie jest używany. Samorozładowanie akumulatora litowo-jonowego może mieć dwa skutki: jeden to odwracalna utrata pojemności, drugi to nieodwracalna utrata pojemności.

Odwracalna utrata pojemności oznacza, że ​​utraconą pojemność można odzyskać podczas ładowania, a nieodwracalna utrata pojemności zostaje odwrócona, a elektroda dodatnia i ujemna mogą być używane w mikroogniwach z elektrolitem w stanie naładowania, a jon litu jest osadzany i opuszczany, dodatnie i ujemne osadzane i wyłączane. Osadzone jony litu są związane wyłącznie z jonami litu elektrolitu, co powoduje, że pojemność elektrody dodatniej i ujemnej jest niezrównoważona. Tej części utraconej pojemności nie można odzyskać podczas ładowania.

Na przykład: tlenek litu i manganu, elektroda dodatnia i rozpuszczalnik mogą generować samorozładowanie spowodowane samorozładowaniem: cząsteczki rozpuszczalnika (np. PC) są utleniane jako komórki mikrobiologiczne na powierzchni materiału przewodzącego sadza lub płyn prądowy: ta sama, substancja czynna elektrody ujemnej Może samorozładować się z roztworu elektrolitu do elektrolitu, a elektrolit (np. LiPF6) jest redukowany przez elektrolit (np. LiPF6).

Jon litu jest usuwany z elektrody ujemnej mikrokontrolera, ponieważ elektroda ujemna stanu ładowania: samorozładowanie Czynniki: Proces produkcji materiałów elektrod dodatnich, proces produkcji baterii, właściwości elektrolitu, temperatura, czas. Szybkość samorozładowania jest ściśle kontrolowana przez szybkość utleniania rozpuszczalnika, więc stabilność rozpuszczalnika ma wpływ na okres przechowywania akumulatora. Utlenianie rozpuszczalnika zachodzi na powierzchni sadzy, a powierzchnia sadzy może kontrolować szybkość samorozładowania, ale w przypadku materiału elektrody dodatniej LIMN2O4, zmniejszenie powierzchni materiału aktywnego jest również ścisłe, a powierzchnia kolektora prądu jest narażona na utlenianie rozpuszczalnikiem, którego nie można zignorować.

Prąd wyciekający przez membranę akumulatora może również spowodować samorozładowanie akumulatora litowo-jonowego, ale proces ten jest ograniczony przez rezystancję membrany, występuje na bardzo niskim poziomie i nie ma nic wspólnego z temperaturą. Biorąc pod uwagę, że szybkość samorozładowania akumulatora w dużym stopniu zależy od temperatury, proces ten nie jest mechanizmem krytycznym w procesie samorozładowania. Jeżeli elektroda ujemna znajduje się w stanie wystarczającego napięcia, zawartość akumulatora ulega zniszczeniu, co skutkuje trwałą utratą pojemności.