Επηρεασμένος από τον καυτό βαθμό της αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων,μπαταρίες ιόντων λιθίου, ως ένα από τα βασικά συστατικά των ηλεκτρικών οχημάτων, έχουν τονιστεί σε μεγάλο βαθμό.Οι άνθρωποι δεσμεύονται να αναπτύξουν μπαταρία ιόντων λιθίου μεγάλης διάρκειας ζωής, υψηλής ισχύος και καλής ασφάλειας.Μεταξύ αυτών, η εξασθένηση τουμπαταρία ιόντων λιθίουη χωρητικότητα αξίζει πολύ της προσοχής όλων, μόνο η πλήρης κατανόηση των λόγων εξασθένησης των μπαταριών ιόντων λιθίου ή του μηχανισμού, προκειμένου να μπορέσουμε να συνταγογραφήσουμε το σωστό φάρμακο για την επίλυση του προβλήματος, ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χωρητικότητας απόσβεση?
Λόγοι για την υποβάθμιση της χωρητικότητας των μπαταριών ιόντων λιθίου
1.Υλικό θετικού ηλεκτροδίου
Το LiCoO2 είναι ένα από τα συχνά χρησιμοποιούμενα υλικά καθόδου (η κατηγορία 3C χρησιμοποιείται ευρέως και οι μπαταρίες ισχύος βασικά φέρουν τριμερή και φωσφορικό σίδηρο λιθίου).Καθώς ο αριθμός των κύκλων αυξάνεται, η απώλεια ενεργών ιόντων λιθίου συμβάλλει περισσότερο στη διάσπαση της χωρητικότητας.Μετά από 200 κύκλους, το LiCoO2 δεν υπέστη μετάβαση φάσης, αλλά μάλλον αλλαγή στη δομή του φύλλου, οδηγώντας σε δυσκολίες στην απο-ενσωμάτωση του Li+.
Το LiFePO4 έχει καλή δομική σταθερότητα, αλλά το Fe3+ στην άνοδο διαλύεται και ανάγεται σε μέταλλο Fe στην άνοδο γραφίτη, με αποτέλεσμα την αυξημένη πόλωση της ανόδου.Γενικά η διάλυση του Fe3+ αποτρέπεται με την επικάλυψη σωματιδίων LiFePO4 ή την επιλογή ηλεκτρολύτη.
Τριμερή υλικά NCM ① Τα ιόντα μετάλλων μεταπτώσεως στο υλικό της καθόδου του οξειδίου μετάλλου μεταπτώσεως διαλύονται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες, απελευθερώνοντας έτσι τον ηλεκτρολύτη ή εναποτίθενται στην αρνητική πλευρά προκαλώντας εξασθένηση της χωρητικότητας.② Όταν η τάση είναι υψηλότερη από 4,4 V έναντι Li+/Li, η δομική αλλαγή του τριμερούς υλικού οδηγεί σε υποβάθμιση της χωρητικότητας.③ μικτές σειρές Li-Ni, που οδηγούν στο μπλοκάρισμα των καναλιών Li+.
Οι κύριες αιτίες της υποβάθμισης της χωρητικότητας στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που βασίζονται σε LiMnO4 είναι 1. μη αναστρέψιμες αλλαγές φάσης ή δομικές αλλαγές, όπως η εκτροπή Jahn-Teller.και 2. διάλυση του Mn στον ηλεκτρολύτη (παρουσία HF στον ηλεκτρολύτη), αντιδράσεις δυσαναλογίας ή αναγωγή στην άνοδο.
2. Αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων
Η δημιουργία καθίζησης λιθίου στην πλευρά της ανόδου του γραφίτη (μέρος του λιθίου γίνεται "νεκρό λίθιο" ή δημιουργεί δενδρίτες λιθίου), σε χαμηλές θερμοκρασίες, η διάχυση ιόντων λιθίου επιβραδύνεται εύκολα οδηγώντας σε καθίζηση λιθίου και η καθίζηση λιθίου είναι επίσης επιρρεπής όταν ο λόγος N/P είναι πολύ χαμηλός.
Η επαναλαμβανόμενη καταστροφή και ανάπτυξη του φιλμ SEI στην πλευρά της ανόδου οδηγεί σε εξάντληση λιθίου και αυξημένη πόλωση.
Η επαναλαμβανόμενη διαδικασία ενσωμάτωσης/αφαίρεσης λιθίου στην άνοδο με βάση το πυρίτιο μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε διόγκωση όγκου και αστοχία ρωγμών των σωματιδίων πυριτίου.Ως εκ τούτου, για την άνοδο πυριτίου, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να βρεθεί ένας τρόπος να ανασταλεί η διόγκωση του όγκου της.
3.Ηλεκτρολύτης
Παράγοντες στον ηλεκτρολύτη που συμβάλλουν στην υποβάθμιση της χωρητικότητας τουμπαταρίες ιόντων λιθίουπεριλαμβάνω:
1. Αποσύνθεση διαλυτών και ηλεκτρολυτών (σοβαρή αστοχία ή προβλήματα ασφάλειας όπως παραγωγή αερίου), για οργανικούς διαλύτες, όταν το δυναμικό οξείδωσης είναι μεγαλύτερο από 5V έναντι Li+/Li ή το δυναμικό αναγωγής είναι χαμηλότερο από 0,8 V (διαφορετική τάση αποσύνθεσης ηλεκτρολυτών είναι διαφορετικό), εύκολο να αποσυντεθεί.Για ηλεκτρολύτη (π.χ. LiPF6), είναι εύκολο να αποσυντεθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία (πάνω από 55℃) λόγω κακής σταθερότητας.
2. Καθώς ο αριθμός των κύκλων αυξάνεται, η αντίδραση μεταξύ του ηλεκτρολύτη και του θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου αυξάνεται, με αποτέλεσμα να εξασθενεί η ικανότητα μεταφοράς μάζας.
4.Διάφραγμα
Το διάφραγμα μπορεί να μπλοκάρει τα ηλεκτρόνια και να εκπληρώσει τη μετάδοση ιόντων.Ωστόσο, η ικανότητα του διαφράγματος να μεταφέρει Li+ μειώνεται όταν οι οπές του διαφράγματος φράσσονται από προϊόντα αποσύνθεσης του ηλεκτρολύτη κ.λπ., ή όταν το διάφραγμα συρρικνώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες ή όταν το διάφραγμα γερνά.Επιπλέον, ο σχηματισμός δενδριτών λιθίου που διαπερνούν το διάφραγμα που οδηγεί σε εσωτερικό βραχυκύκλωμα είναι ο κύριος λόγος για την αποτυχία του.
5. Συλλεκτικό υγρό
Η αιτία της απώλειας χωρητικότητας λόγω του συλλέκτη είναι γενικά η διάβρωση του συλλέκτη.Ο χαλκός χρησιμοποιείται ως αρνητικός συλλέκτης επειδή είναι εύκολο να οξειδωθεί σε υψηλά δυναμικά, ενώ το αλουμίνιο χρησιμοποιείται ως θετικός συλλέκτης επειδή είναι εύκολο να σχηματιστεί ένα κράμα λιθίου-αλουμινίου με λίθιο σε χαμηλά δυναμικά.Κάτω από χαμηλή τάση (από 1,5 V και κάτω, υπερβολική εκφόρτιση), ο χαλκός οξειδώνεται σε Cu2+ στον ηλεκτρολύτη και εναποτίθεται στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου, εμποδίζοντας την απο-ενσωμάτωση του λιθίου, με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της χωρητικότητας.Και από τη θετική πλευρά, η υπερφόρτιση τουμπαταρίαπροκαλεί διάτρηση του συλλέκτη αλουμινίου, που οδηγεί σε αύξηση της εσωτερικής αντίστασης και υποβάθμιση της χωρητικότητας.
6. Συντελεστές φόρτισης και εκφόρτισης
Οι υπερβολικοί πολλαπλασιαστές φόρτισης και εκφόρτισης μπορούν να οδηγήσουν σε επιταχυνόμενη υποβάθμιση της χωρητικότητας των μπαταριών ιόντων λιθίου.Η αύξηση του πολλαπλασιαστή φόρτισης/εκφόρτισης σημαίνει ότι η αντίσταση πόλωσης της μπαταρίας αυξάνεται ανάλογα, οδηγώντας σε μείωση της χωρητικότητας.Επιπλέον, η τάση που προκαλείται από τη διάχυση που δημιουργείται από τη φόρτιση και την εκφόρτιση με υψηλούς ρυθμούς πολλαπλασιασμού οδηγεί στην απώλεια του ενεργού υλικού της καθόδου και στην επιτάχυνση της γήρανσης της μπαταρίας.
Στην περίπτωση υπερφόρτισης και υπερφόρτισης μπαταριών, το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι επιρρεπές σε καθίζηση λιθίου, ο μηχανισμός αφαίρεσης υπερβολικού λιθίου του θετικού ηλεκτροδίου καταρρέει και η οξειδωτική αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη (εμφάνιση παραπροϊόντων και παραγωγή αερίου) επιταχύνεται.Όταν η μπαταρία είναι υπερβολικά αποφορτισμένη, το φύλλο χαλκού τείνει να διαλύεται (εμποδίζοντας την απο-ενσωμάτωση λιθίου ή την άμεση δημιουργία δενδριτών χαλκού), οδηγώντας σε υποβάθμιση της χωρητικότητας ή αστοχία της μπαταρίας.
Οι μελέτες στρατηγικής φόρτισης έχουν δείξει ότι όταν η τάση διακοπής φόρτισης είναι 4 V, η κατάλληλη μείωση της τάσης διακοπής φόρτισης (π.χ. 3,95 V) μπορεί να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Έχει επίσης αποδειχθεί ότι η γρήγορη φόρτιση μιας μπαταρίας στο 100% SOC αποσυντίθεται πιο γρήγορα από τη γρήγορη φόρτιση στο 80% SOC.Επιπλέον, οι Li et al.διαπίστωσε ότι παρόλο που ο παλμός μπορεί να βελτιώσει την απόδοση φόρτισης, η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας θα αυξηθεί σημαντικά και η απώλεια ενεργού υλικού αρνητικού ηλεκτροδίου είναι σοβαρή.
7.Θερμοκρασία
Η επίδραση της θερμοκρασίας στην ικανότητα τουμπαταρίες ιόντων λιθίουείναι επίσης πολύ σημαντικό.Όταν λειτουργεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες για παρατεταμένες χρονικές περιόδους, υπάρχει αύξηση των πλευρικών αντιδράσεων εντός της μπαταρίας (π.χ. αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη), που οδηγεί σε μη αναστρέψιμη απώλεια χωρητικότητας.Όταν λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες για παρατεταμένες χρονικές περιόδους, η συνολική σύνθετη αντίσταση της μπαταρίας αυξάνεται (η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη μειώνεται, η σύνθετη αντίσταση SEI αυξάνεται και ο ρυθμός ηλεκτροχημικών αντιδράσεων μειώνεται) και η καθίζηση λιθίου από την μπαταρία είναι επιρρεπής.
Τα παραπάνω είναι ο κύριος λόγος για την υποβάθμιση της χωρητικότητας της μπαταρίας ιόντων λιθίου, μέσω της παραπάνω εισαγωγής πιστεύω ότι έχετε κατανοήσει τις αιτίες της υποβάθμισης της χωρητικότητας της μπαταρίας ιόντων λιθίου.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιουλίου 2023