Pod vplivom vroče stopnje trga električnih vozil,litij-ionske baterije, kot enega ključnih sestavnih delov električnih vozil, so bili v veliki meri poudarjeni.Ljudje so zavezani razvoju litij-ionske baterije z dolgo življenjsko dobo, visoko močjo in dobro varnostjo.Med njimi je oslabitevlitij-ionska baterijazmogljivost je zelo vredna pozornosti vseh, le popolno razumevanje razlogov za oslabitev litij-ionskih baterij ali mehanizma, da bi lahko predpisali pravo zdravilo za rešitev problema, da je zmogljivost litij-ionskih baterij zakaj dušenje?
Vzroki za zmanjšanje zmogljivosti litij-ionskih baterij
1. Material pozitivne elektrode
LiCoO2 je eden izmed pogosto uporabljenih katodnih materialov (kategorija 3C se pogosto uporablja, napajalne baterije pa v bistvu vsebujejo ternarni in litijev železov fosfat).Ko se število ciklov poveča, izguba aktivnih litijevih ionov bolj prispeva k upadu zmogljivosti.Po 200 ciklih LiCoO2 ni bil podvržen faznemu prehodu, temveč spremembi v lamelarni strukturi, kar je povzročilo težave pri odvajanju Li+.
LiFePO4 ima dobro strukturno stabilnost, vendar se Fe3+ v anodi raztopi in reducira v kovino Fe na grafitni anodi, kar povzroči povečano polarizacijo anode.Na splošno se raztapljanje Fe3+ prepreči s prevleko delcev LiFePO4 ali izbiro elektrolita.
Trojni materiali NCM ① Prehodne kovinske ione v katodnem materialu iz prehodnega kovinskega oksida je enostavno raztopiti pri visokih temperaturah, s čimer se sprostijo v elektrolitu ali odložijo na negativni strani, kar povzroči oslabitev zmogljivosti;② Ko je napetost višja od 4,4 V v primerjavi z Li+/Li, strukturna sprememba trojnega materiala povzroči poslabšanje zmogljivosti;③ Li-Ni mešane vrstice, ki vodijo do blokade Li+ kanalov.
Glavni vzroki za zmanjšanje zmogljivosti litij-ionskih baterij na osnovi LiMnO4 so 1. ireverzibilne fazne ali strukturne spremembe, kot je Jahn-Tellerjeva aberacija;in 2. raztapljanje Mn v elektrolitu (prisotnost HF v elektrolitu), reakcije disproporcioniranja ali redukcija na anodi.
2. Materiali negativnih elektrod
Ustvarjanje obarjanja litija na anodni strani grafita (del litija postane "mrtev litij" ali ustvarja litijeve dendrite), pri nizkih temperaturah se difuzija litijevih ionov zlahka upočasni, kar vodi do obarjanja litija, prav tako pa je nagnjeno k pojavu obarjanja litija ko je razmerje N/P prenizko.
Ponavljajoče uničenje in rast filma SEI na anodni strani vodi do izčrpavanja litija in povečane polarizacije.
Ponavljajoč se postopek vdelave/odstranjevanja litija v anodi na osnovi silicija lahko zlahka privede do povečanja prostornine in razpok silicijevih delcev.Zato je za silicijevo anodo še posebej pomembno najti način za zaviranje njene prostorninske ekspanzije.
3.Elektrolit
Dejavniki v elektrolitu, ki prispevajo k zmanjšanju zmogljivostilitij-ionske baterijevključujejo:
1. Razgradnja topil in elektrolitov (resna okvara ali varnostne težave, kot je proizvodnja plina), za organska topila, ko je oksidacijski potencial večji od 5 V v primerjavi z Li+/Li ali redukcijski potencial nižji od 0,8 V (različna napetost razgradnje elektrolita je drugačen), enostaven za razgradnjo.Za elektrolit (npr. LiPF6) se zaradi slabe stabilnosti zlahka razgradi pri višji temperaturi (nad 55 ℃).
2. Ko se število ciklov poveča, se poveča reakcija med elektrolitom ter pozitivnimi in negativnimi elektrodami, zaradi česar se zmogljivost prenosa mase zmanjša.
4. Diafragma
Diafragma lahko blokira elektrone in omogoči prenos ionov.Vendar se sposobnost membrane za transport Li+ zmanjša, ko so odprtine membrane blokirane z razpadnimi produkti elektrolita itd., ali ko se membrana krči pri visokih temperaturah ali ko se membrana stara.Poleg tega je glavni razlog za njegovo odpoved nastajanje litijevih dendritov, ki prebadajo diafragmo in vodijo do notranjega kratkega stika.
5. Zbiranje tekočine
Vzrok za izgubo zmogljivosti zaradi kolektorja je na splošno korozija kolektorja.Baker se uporablja kot negativni kolektor, ker ga je enostavno oksidirati pri visokih potencialih, medtem ko se aluminij uporablja kot pozitivni kolektor, ker je enostavno oblikovati litij-aluminijevo zlitino z litijem pri nizkih potencialih.Pod nizko napetostjo (tako nizko kot 1,5 V in manj, prekomerna izpraznitev) baker oksidira v Cu2+ v elektrolitu in se odloži na površini negativne elektrode, kar ovira izločanje litija, kar povzroči poslabšanje zmogljivosti.In na pozitivni strani, prekomerno polnjenjebaterijopovzroča luknjanje aluminijastega kolektorja, kar vodi do povečanja notranjega upora in zmanjšanja zmogljivosti.
6. Faktorji polnjenja in praznjenja
Previsoki množitelji polnjenja in praznjenja lahko povzročijo pospešeno degradacijo zmogljivosti litij-ionskih baterij.Povečanje množitelja polnjenja/praznjenja pomeni, da se ustrezno poveča polarizacijska impedanca baterije, kar povzroči zmanjšanje zmogljivosti.Poleg tega napetost, povzročena z difuzijo, ki nastane pri polnjenju in praznjenju pri visokih hitrostih množenja, povzroči izgubo katodnega aktivnega materiala in pospešeno staranje baterije.
V primeru prekomernega polnjenja in prekomernega praznjenja baterij je negativna elektroda nagnjena k obarjanju litija, mehanizem za odvečno odstranjevanje litija s pozitivne elektrode se zruši in oksidativna razgradnja elektrolita (pojav stranskih produktov in proizvodnja plina) se pospeši.Ko je baterija preveč izpraznjena, se bakrena folija nagiba k raztapljanju (ovira odstranjevanje litija ali neposredno ustvarja bakrene dendrite), kar vodi do zmanjšanja zmogljivosti ali okvare baterije.
Študije strategije polnjenja so pokazale, da lahko, kadar je mejna napetost polnjenja 4 V, ustrezno znižanje mejne napetosti polnjenja (npr. 3,95 V) izboljša življenjsko dobo baterije.Dokazano je tudi, da hitro polnjenje baterije na 100 % SOC razpade hitreje kot hitro polnjenje na 80 % SOC.Poleg tega Li et al.ugotovili, da čeprav lahko pulziranje izboljša učinkovitost polnjenja, se bo notranji upor baterije znatno povečal, izguba aktivnega materiala negativne elektrode pa je resna.
7.Temperatura
Vpliv temperature na kapacitetolitij-ionske baterijeje tudi zelo pomembno.Pri daljšem delovanju pri višjih temperaturah pride do povečanja neželenih reakcij v bateriji (npr. razgradnja elektrolita), kar povzroči nepopravljivo izgubo zmogljivosti.Pri daljšem delovanju pri nižjih temperaturah se skupna impedanca baterije poveča (prevodnost elektrolita se zmanjša, impedanca SEI se poveča in stopnja elektrokemičnih reakcij se zmanjša), zato je nagnjena k pojavu precipitacije litija iz baterije.
Zgoraj navedeno je glavni razlog za poslabšanje zmogljivosti litij-ionske baterije, z zgornjim uvodom verjamem, da razumete vzroke za poslabšanje zmogljivosti litij-ionske baterije.
Čas objave: 24. julij 2023