Som en ny generasjon sekundær batteriteknologi har litium-ion-batterier oppnådd rask utvikling på grunn av deres energitetthetsfordel etter å ha byttet ut kadmium-nickel og hydrogen-nikkelbatterier, og har vist brede applikasjon Nedbrytning i litium-ion-batterier, med fokus på å analysere kjernepåvirkende faktorer som overlading, elektrolyttdekomponering og selvutladning .
Masseforholdet mellom positive og negative elektroder er nært beslektet med batteriets ytelse . Når masseforholdet er for lite, kan ikke de aktive stoffene til det negative elektrodematerialet brukes fullt ut, noe som resulterer i sløsing med ressurser; Når masseforholdet er for stort, er den negative elektroden utsatt for overlading under lading, og utgjør en sikkerhetsfare . Derfor, bare når masseforholdet til positive og negative elektroder når den optimale verdien, kan batteriets ytelse maksimeres .
I et ideelt litium-ion-batterisystem forblir kapasitetsbalansen konstant gjennom hele syklusen, og den opprinnelige kapasiteten til hver syklus er relativt stabil .. Imidlertid er den faktiske batteridriften langt mer komplisert enn teorien . Enhver side reaksjon som involverer produksjonen og forbruket av litiumioner eller elektroner som ikke er en {{3-lit. Kan ikke gjenopprettes spontant, og virkningen vil fortsette å samle seg med økningen i antall sykluser . Under driften av litium-ion-batterier, i tillegg til normal litiuminnsetting og fjerning av redoks-hovedreaksjon, er det også mange bivirkninger som elektrorisk {} Den viktige årsaken til ubalansen i kapasitetsbalansen og nedgangen i batteriets ytelse .
Årsak 1: Overlading
Når litium-ion-batterier er overladet, vil sidreaksjonene mellom de positive og negative elektrodene og elektrolytten betydelig intensivere kapasitetstapet . De spesifikke manifestasjonene er som følger:
1. Overlading av grafittanode og litiummetallavsetning .
Når batteriet er overladet, overstiger reduksjonshastigheten for litiumioner innebygningshastigheten, noe som får litiummetall (Li⁰) til å avsette på overflaten av anoden . Effekten på kapasiteten inkluderer:
Aktivt litiumtap:Det avsatte litium forlater sykkelsystemet med innebygging og gjeninnføring, noe som direkte reduserer den totale mengden mobile litiumioner;
Grensesnittsiden reaksjoner:Litiummetall reagerer med elektrolytten (for eksempel løsningsmiddel DMC, elektrolytt lipf₆) for å danne faste produkter som Li₂Co₃, LIF, etc ., konsumere aktive stoffer og blokkere elektrodeporer;
Intern motstandsøkning:Litiumdendritter vokser ved det negative elektrode -separatorgrensesnittet, muligens trenger gjennom separatorporene, og øker motstanden til ionoverføring;
Elektrolyttforbruk:Aktivt litium fortsetter å reagere med elektrolytten, noe som resulterer i en reduksjon i løsningsmiddel og litiumsaltkonsentrasjoner, noe
Viktige påvirkningsfaktorer:
Polarisasjonseffekt:Rask lading (høy strømtetthet) forsterker polarisasjonen av anoden, selv om forholdet mellom aktive stoffer i de positive og negative elektrodene er normalt, kan det utløse veksten av litiumdendritter;
Forholdsubalanse:Når det positive aktive stoffet er overdreven (= m⁺/m⁻=optimal verdi), er den tilgjengelige litiumkapasiteten til den negative elektroden utilstrekkelig, og risikoen for å overlades betydelig .
2. Positiv elektrodeforladningsreaksjon
Når forholdet mellom positivt elektrode aktivt materiale og negativ elektrode aktivt materiale er for lavt, vil overlading av den positive elektroden sannsynligvis oppstå .
Kapasitetstapet forårsaket av overlading av den positive elektroden skyldes hovedsakelig generering av elektrokjemiske inerte stoffer (for eksempel CO3O4, Mn2O3, etc .), som forstyrrer kapasitetsbalansen mellom elektrodene og er irreversibel .
3. oksidasjonsreaksjon av elektrolytt under overlading
Når spenningen overstiger 4 . 5V, vil elektrolytten oksidere og generere uoppløselige stoffer (for eksempel Li2CO3) og gasser . Disse uoppløselige stoffene vil tette mikroporene til elektrodene.
Årsak 2: Elektrolytt nedbrytning (reduksjon)
1. Oksidasjonsavbrytning av elektrolytten på den positive elektrodeoverflaten
Når spenningen overstiger 4 . 5V (vs . li/li⁺), kan elektrolytten gjennomgå en oksidasjonsreaksjon på den positive elektroden, å generere uoppløselige produkter som kapasitet, og lift . disse produktene vil klare til å gjøre det mulig å gjøre det mulig å gjøre det. Nedbrytning . Dessuten er oksidasjonsreaksjonen ledsaget av frigjøring av gasser (for eksempel CO₂ og O₂), noe som forårsaker en økning i det indre trykket til batteriet og skaper potensielle sikkerhetsfarer.
2. Reduksjons nedbrytning av elektrolytt på den negative elektrodeoverflaten
På overflaten av grafitt og andre litium-intercalerende karbon-negative elektroder, er reduksjonsavbrytningen av elektrolytten en nøkkelprosess som påvirker batteriets ytelse:
- Innledende filmformasjon:
Under den første ladingen reduseres elektrolytten (slik som EC-basert løsningsmiddel) på den negative elektrodeoverflaten, og genererer en fast elektrolyttgrensesnittmembran (SEI-membran) sammensatt av Li₂Co₃, Lioco₂li, Lifol, osv.. den ideelle Sei-ens-en-membranen som har binding (som tillater å tillate å gi deg en elektrisk. penetrasjonsreaksjoner og stabilisere den negative elektrodestrukturen;
- Irreversibelt kapasitetstap:
Under filmformasjonsprosessen blir aktivt litium (fra elektrolyttlitiumsaltet eller den positive elektrodens peeling av litium) konsumert, noe
- Syklingsstabilitet:
Under normal sykling opprettholder SEI -membranen en dynamisk balanse, og bare mindre reparasjoner oppstår når membranen blir brøt på grunn av elektrodevolumendringer (for eksempel litiuminterkalasjonsutvidelse) . derfor styres elektrolyttforbruket på et relativt lavt nivå .}}}}}}}}}
3. Reduksjon av elektrolytter
Det antas generelt å være involvert i dannelsen av membranen på overflaten av karbonelektroden, og typen og konsentrasjonen av elektrolytten vil påvirke ytelsen til karbonelektroden . I noen tilfeller er reduksjonen til elektrolyten til å stabilisere karbonoverflaten og danne den nødvendige passivasjonen .}}}}} den som er mer. Reduksjon enn løsningsmidlet . Reduksjonsproduktene blandet i den negative elektrodeavsetningsfilmen vil påvirke kapasitetsforfallet til batteriet .
For eksempel har litiumheksafluorofosfat, litiumperklorat og litium -bis (trifluormetanesulfonylimid) støtte elektrolytter som gjennomgår reduksjonsreaksjoner på overflaten, og kullet, og ts og ts og ts og ts og ts og ts og ts}}} produktene på overflaten. Film . Hvis disse produktene kan danne et tett og ion-ledende filmlag, kan det hemme den kontinuerlige penetrasjonen av elektrolytten . tvert imot, det kan føre til kapasitetsforfall på grunn av membransproblemer eller korrosjon av biproduktene .}}}}}}}}}}}}}}}}} Stoffer For å veilede reduksjonsbanen, kan kvaliteten på grensesnittfilmen optimaliseres for å balansere kapasitetsretensjonshastigheten og grensesnittstabiliteten .
4. Reduksjon av urenheter
Når vanninnholdet i elektrolytt danner et filmlag med høy motstand på elektrodeoverflaten, noe som hindrer innsetting av litiumioner i grafittelektroden, noe
CO₂ i løsningsmidlet reduseres ved den negative elektroden for å danne CO -gass og Li₂Co₃ fast . CO forårsaker en økning i det indre trykket til batteriet, mens Li₂Co₃ øker den interne motstanden til batteriet {{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. Litiert karbon, reduksjonsatferden til elektrolytten på karbonelektroden er lik den på den metalliske litiumoverflaten . De forskjellige produktene generert ved reduksjon av urenhet
Årsak 3: Selvutladning
Selvutladning av litium-ion-batterier refererer til fenomenet der batteriets kapasitet naturlig avtar over tid når det er i en åpen kretstilstand uten å bli brukt . Kapasitetstap innenfor batteriet .
Irreversibelt kapasitetstap stammer hovedsakelig fra mikrocelle-reaksjonene mellom de positive og negative elektrodene og elektrolytten under lading .
For eksempel reagerer den litium-manganesiske oksydpositive elektroden med løsningsmiddel-PC-en på overflaten av karbon-svart eller strømoppsamler, og gjennomgår redoksreaksjoner, og løsningsmiddelmolekylene oksideres for å generere frie radikaler. på samme tid, litium-materialet, og det er det som er det som er elektrode, og det er det som er aktivert, og det er det som er aktivert for å generere elektrodere, som inneholder lipf₆ og andre elektrolytter, med pf₆⁻ nedbrytning og litium som er innebygd og karbon blir desorbert og oksidert . disse prosessene bruker aktive materialer og forstyrrer kapasitetsbalansen mellom de positive og negative elektrodene, og forhindrer kapasiteten fra utvinning under lading .}
Selvutladningshastigheten påvirkes av mange faktorer . I produksjonsprosessen til det positive elektrodematerialet, vil partiklene med mer overflatedefekter og større spesifikt overflateareal selvutlade raskere . Precision of Battery Producturing Process-STRACE-kontakten og imponeringen i den elektroen til den elektroen til den batteriet for den elektriske. rolle . For eksempel er PC lett oksidert mens EC har stabil filmdannelse . Typen litiumsalt påvirker sides reaksjonsveien . Temperaturstigningen vil betydelig akselerere den selvladede kinetikken {{9}. Temperatur . Tidsakkumulering vil forverre deponering av biprodukter . Selv om mellomgulvlekkasjestrømmen også kan forårsake selvutlastning, er hastigheten ekstremt lav og ikke har noe med temperatur å gjøre, så det er ikke hovedmekanismen .
