تحت تاثیر درجه داغ بازار خودروهای الکتریکی،باتری های لیتیوم یونیبه عنوان یکی از اجزای اصلی خودروهای الکتریکی، تا حد زیادی مورد تاکید قرار گرفته است.مردم متعهد به توسعه باتری لیتیوم یونی با عمر طولانی، قدرت بالا و ایمنی خوب هستند.از جمله آنها، تضعیفباتری لیتیوم یونظرفیت بسیار شایسته توجه همه است، فقط درک کامل دلایل ضعیف شدن باتری های لیتیوم یونی یا مکانیسم آن، برای اینکه بتوان داروی مناسب را برای حل مشکل تجویز کرد، ظرفیت باتری های لیتیوم یون چرا تضعیفی؟
دلایل کاهش ظرفیت باتری های لیتیوم یونی
1. مواد الکترود مثبت
LiCoO2 یکی از مواد کاتدی است که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد (دسته 3C به طور گسترده استفاده می شود و باتری های قدرت اساساً فسفات آهن سه تایی و لیتیومی دارند).با افزایش تعداد چرخه ها، از دست دادن یون های لیتیوم فعال بیشتر به کاهش ظرفیت کمک می کند.پس از 200 چرخه، LiCoO2 تحت یک انتقال فاز قرار نگرفت، بلکه تغییری در ساختار لایه‌ای ایجاد کرد که منجر به مشکلاتی در جاسازی Li + شد.
LiFePO4 پایداری ساختاری خوبی دارد، اما Fe3+ موجود در آند در آند گرافیت حل می‌شود و به فلز آهن کاهش می‌یابد و در نتیجه پلاریزاسیون آند افزایش می‌یابد.به طور کلی از انحلال Fe3+ با پوشش ذرات LiFePO4 یا انتخاب الکترولیت جلوگیری می شود.
مواد سه تایی NCM ① یون های فلزات واسطه در مواد کاتد اکسید فلزات واسطه به راحتی در دماهای بالا حل می شوند، بنابراین در الکترولیت آزاد می شوند یا در سمت منفی رسوب می کنند که باعث کاهش ظرفیت می شود.② وقتی ولتاژ بالاتر از 4.4 ولت در مقابل Li+/Li باشد، تغییر ساختاری مواد سه تایی منجر به کاهش ظرفیت می شود.③ ردیف های مخلوط Li-Ni که منجر به مسدود شدن کانال های Li+ می شود.
علل اصلی کاهش ظرفیت در باتری های لیتیوم یون مبتنی بر LiMnO4 عبارتند از 1. تغییرات فاز یا ساختاری غیرقابل برگشت، مانند انحراف جان تلر.و 2. انحلال منگنز در الکترولیت (وجود HF در الکترولیت)، واکنش های عدم تناسب یا کاهش در آند.
2.مواد الکترود منفی
تولید رسوب لیتیوم در سمت آند گرافیت (بخشی از لیتیوم به "لیتیوم مرده" تبدیل می شود یا دندریت های لیتیوم تولید می کند)، در دماهای پایین، انتشار یون لیتیوم به راحتی کند می شود که منجر به بارش لیتیوم می شود، و بارش لیتیوم نیز مستعد رخ دادن است. زمانی که نسبت N/P خیلی کم است.
تخریب و رشد مکرر فیلم SEI در سمت آند منجر به کاهش لیتیوم و افزایش پلاریزاسیون می شود.
فرآیند مکرر جاسازی / حذف لیتیوم در آند مبتنی بر سیلیکون می تواند به راحتی منجر به انبساط حجمی و شکست ترک خوردگی ذرات سیلیکون شود.بنابراین، برای آند سیلیکون، یافتن راهی برای جلوگیری از گسترش حجم آن بسیار مهم است.
3.الکترولیت
عواملی در الکترولیت که به کاهش ظرفیت کمک می کنندباتری های لیتیوم یونیعبارتند از:
1. تجزیه حلال ها و الکترولیت ها (شکست جدی یا مشکلات ایمنی مانند تولید گاز)، برای حلال های آلی، زمانی که پتانسیل اکسیداسیون بیشتر از 5 ولت در مقابل Li+/Li یا پتانسیل کاهش کمتر از 0.8 ولت است (ولتاژ تجزیه الکترولیت متفاوت است. متفاوت)، به راحتی تجزیه می شود.برای الکترولیت (به عنوان مثال LiPF6)، به راحتی در دمای بالاتر (بیش از 55 درجه سانتیگراد) به دلیل پایداری ضعیف تجزیه می شود.
2. با افزایش تعداد سیکل ها، واکنش بین الکترولیت و الکترودهای مثبت و منفی افزایش می یابد و باعث می شود ظرفیت انتقال جرم ضعیف شود.
4. دیافراگم
دیافراگم می تواند الکترون ها را مسدود کند و انتقال یون ها را انجام دهد.با این حال، توانایی دیافراگم برای انتقال Li+ زمانی که سوراخ های دیافراگم توسط محصولات تجزیه الکترولیت و غیره مسدود می شود، یا زمانی که دیافراگم در دماهای بالا جمع می شود، یا زمانی که دیافراگم پیر می شود، کاهش می یابد.علاوه بر این، تشکیل دندریت های لیتیومی که دیافراگم را سوراخ می کند و منجر به اتصال کوتاه داخلی می شود، دلیل اصلی شکست آن است.
5. جمع آوری مایع
علت افت ظرفیت به دلیل کلکتور معمولاً خوردگی کلکتور است.مس به عنوان کلکتور منفی استفاده می شود زیرا به راحتی در پتانسیل های بالا اکسید می شود، در حالی که آلومینیوم به عنوان کلکتور مثبت استفاده می شود زیرا به راحتی می توان یک آلیاژ لیتیوم-آلومینیوم با لیتیوم در پتانسیل های پایین تشکیل داد.در ولتاژ پایین (تا 1.5 ولت و کمتر، تخلیه بیش از حد)، مس در الکترولیت به Cu2+ اکسید می‌شود و روی سطح الکترود منفی رسوب می‌کند و مانع از جاسازی لیتیوم می‌شود که منجر به کاهش ظرفیت می‌شود.و از جنبه مثبت، شارژ بیش از حدباتریباعث ایجاد حفره در کلکتور آلومینیومی می شود که منجر به افزایش مقاومت داخلی و کاهش ظرفیت می شود.
6. عوامل شارژ و دشارژ
چند برابر کننده شارژ و دشارژ بیش از حد می تواند منجر به کاهش سریع ظرفیت باتری های لیتیوم یون شود.افزایش ضریب شارژ/دشارژ به این معنی است که امپدانس پلاریزاسیون باتری متناسب با آن افزایش می یابد و منجر به کاهش ظرفیت می شود.علاوه بر این، تنش ناشی از انتشار ناشی از شارژ و دشارژ با نرخ های ضرب بالا منجر به از بین رفتن مواد فعال کاتد و تسریع پیری باتری می شود.
در مورد شارژ و دشارژ بیش از حد باتری ها، الکترود منفی مستعد بارش لیتیوم است، مکانیسم حذف بیش از حد لیتیوم الکترود مثبت از بین می رود و تجزیه اکسیداتیو الکترولیت (ظهور محصولات جانبی و تولید گاز) تسریع می شود.هنگامی که باتری بیش از حد تخلیه می شود، فویل مس تمایل به حل شدن دارد (ممانعت از جاسازی لیتیوم، یا تولید مستقیم دندریت های مس)، که منجر به کاهش ظرفیت یا خرابی باتری می شود.
مطالعات استراتژی شارژ نشان داده است که وقتی ولتاژ قطع شارژ 4 ولت است، کاهش مناسب ولتاژ قطع شارژ (مثلا 3.95 ولت) می تواند عمر چرخه باتری را بهبود بخشد.همچنین نشان داده شده است که شارژ سریع باتری تا 100٪ SOC سریعتر از شارژ سریع تا 80٪ SOC خراب می شود.علاوه بر این، لی و همکاران.دریافتند که اگرچه پالس می تواند کارایی شارژ را بهبود بخشد، مقاومت داخلی باتری به طور قابل توجهی افزایش می یابد و از دست دادن ماده فعال الکترود منفی جدی است.
7. دما
تاثیر دما بر ظرفیتباتری های لیتیوم یونینیز بسیار مهم است.هنگام کار در دماهای بالاتر برای مدت زمان طولانی، واکنش های جانبی در باتری افزایش می یابد (به عنوان مثال، تجزیه الکترولیت)، که منجر به از دست دادن غیرقابل برگشت ظرفیت می شود.هنگامی که در دماهای پایین تر برای مدت زمان طولانی کار می کنید، امپدانس کل باتری افزایش می یابد (رسانایی الکترولیت کاهش می یابد، امپدانس SEI افزایش می یابد و سرعت واکنش های الکتروشیمیایی کاهش می یابد)، و بارش لیتیوم از باتری مستعد رخ دادن است.
موارد فوق دلیل اصلی کاهش ظرفیت باتری لیتیوم یونی است، از طریق مقدمه فوق معتقدم که شما درک درستی از دلایل کاهش ظرفیت باتری لیتیوم یون دارید.
زمان ارسال: ژوئیه-24-2023