Pod wpływem gorącego poziomu rynku pojazdów elektrycznych,akumulatory litowo-jonowe, jako jeden z podstawowych elementów pojazdów elektrycznych, zostało w dużym stopniu podkreślone. Ludziom zależy na opracowaniu akumulatorów litowo-jonowych o długiej żywotności, dużej mocy i dobrym bezpieczeństwie. Wśród nich tłumienieakumulator litowo-jonowypojemność jest bardzo warta uwagi każdego, jedynie pełne zrozumienie przyczyn tłumienia akumulatorów litowo-jonowych lub mechanizmu, aby móc przepisać odpowiedni lek, który rozwiąże problem, że pojemność akumulatorów litowo-jonowych jest powodem, dla którego osłabienie?
Przyczyny spadku pojemności akumulatorów litowo-jonowych
1. Materiał elektrody dodatniej
LiCoO2 jest jednym z powszechnie stosowanych materiałów katodowych (kategoria 3C jest szeroko stosowana, a akumulatory zasilające zasadniczo zawierają fosforan trójskładnikowy i fosforan litowo-żelazowy). Wraz ze wzrostem liczby cykli utrata aktywnych jonów litu w większym stopniu przyczynia się do spadku pojemności. Po 200 cyklach LiCoO2 nie uległ przemianie fazowej, a raczej zmianie struktury lamelarnej, co doprowadziło do trudności w usuwaniu osadu Li+.
LiFePO4 ma dobrą stabilność strukturalną, ale Fe3+ w anodzie rozpuszcza się i redukuje do metalicznego Fe na anodzie grafitowej, co powoduje zwiększoną polaryzację anody. Ogólnie rzecz biorąc, rozpuszczaniu Fe3+ zapobiega się poprzez powlekanie cząstkami LiFePO4 lub wybór elektrolitu.
Materiały trójskładnikowe NCM ① Jony metali przejściowych w materiale katody z tlenku metalu przejściowego łatwo rozpuszczają się w wysokich temperaturach, uwalniając się w elektrolicie lub osadzając się po stronie ujemnej, powodując tłumienie pojemności; ② Gdy napięcie jest wyższe niż 4,4 V względem Li+/Li, zmiana strukturalna materiału trójskładnikowego prowadzi do degradacji pojemności; ③ Mieszane rzędy Li-Ni, prowadzące do zablokowania kanałów Li+.
Głównymi przyczynami degradacji pojemności akumulatorów litowo-jonowych na bazie LiMnO4 są: 1. nieodwracalne zmiany fazowe lub strukturalne, takie jak aberracja Jahna-Tellera; oraz 2. rozpuszczanie Mn w elektrolicie (obecność HF w elektrolicie), reakcje dysproporcjonowania lub redukcji na anodzie.
2. Materiały elektrod ujemnych
Wytrącanie się litu po anodowej stronie grafitu (część litu staje się „martwym litem” lub tworzy dendryty litu), w niskich temperaturach dyfuzja jonów litu łatwo spowalnia, prowadząc do wytrącania litu, a wytrącanie litu również jest podatne na występowanie gdy stosunek N/P jest zbyt niski.
Powtarzające się niszczenie i wzrost warstwy SEI po stronie anody prowadzi do zubożenia litu i zwiększonej polaryzacji.
Powtarzający się proces osadzania/usuwania litu z anody na bazie krzemu może łatwo prowadzić do zwiększania objętości i pękania cząstek krzemu. Dlatego w przypadku anody krzemowej szczególnie istotne jest znalezienie sposobu na zahamowanie zwiększania jej objętości.
3.Elektrolit
Czynniki występujące w elektrolicie, które przyczyniają się do degradacji pojemnościakumulatory litowo-jonowewłączać:
1. Rozkład rozpuszczalników i elektrolitów (poważna awaria lub problemy bezpieczeństwa, np. produkcja gazu), w przypadku rozpuszczalników organicznych, gdy potencjał utleniania jest większy niż 5 V względem Li+/Li lub potencjał redukcyjny jest niższy niż 0,8 V (inne napięcie rozkładu elektrolitu jest różne), łatwe do rozkładu. W przypadku elektrolitu (np. LiPF6) łatwo ulega rozkładowi w wyższej temperaturze (powyżej 55℃) ze względu na słabą stabilność.
2. Wraz ze wzrostem liczby cykli wzrasta reakcja pomiędzy elektrolitem a elektrodą dodatnią i ujemną, co powoduje osłabienie zdolności przenoszenia masy.
4.Membrana
Membrana może blokować elektrony i zapewniać transmisję jonów. Jednakże zdolność membrany do transportu Li+ zmniejsza się, gdy otwory membrany są zablokowane przez produkty rozkładu elektrolitu itp., gdy membrana kurczy się w wysokich temperaturach lub gdy membrana się starzeje. Ponadto główną przyczyną jej awarii jest tworzenie się dendrytów litu przebijających membranę, co prowadzi do wewnętrznego zwarcia.
5. Zbieranie płynu
Przyczyną utraty wydajności kolektora jest zazwyczaj korozja kolektora. Jako kolektor ujemny stosuje się miedź, ponieważ łatwo ulega utlenieniu przy wysokich potencjałach, natomiast aluminium stosuje się jako kolektor dodatni, ponieważ łatwo jest utworzyć stop litowo-aluminiowy z litem o niskim potencjale. Pod niskim napięciem (tak niskim jak 1,5 V i niższym, nadmierne rozładowanie) miedź utlenia się do Cu2+ w elektrolicie i osadza się na powierzchni elektrody ujemnej, utrudniając usuwanie osadu litu, co powoduje spadek pojemności. A z drugiej strony, przeładowaniebateriapowoduje wżery kolektora aluminiowego, co prowadzi do wzrostu rezystancji wewnętrznej i spadku pojemności.
6. Współczynniki ładowania i rozładowania
Nadmierne mnożniki ładowania i rozładowania mogą prowadzić do przyspieszonego spadku pojemności akumulatorów litowo-jonowych. Wzrost mnożnika ładowania/rozładowania oznacza, że impedancja polaryzacji akumulatora odpowiednio wzrasta, co prowadzi do zmniejszenia pojemności. Ponadto naprężenia wywołane dyfuzją, generowane podczas ładowania i rozładowywania z dużą szybkością zwielokrotniania, prowadzą do utraty aktywnego materiału katody i przyspieszonego starzenia się akumulatora.
W przypadku przeładowania i nadmiernego rozładowania akumulatorów elektroda ujemna jest podatna na wytrącanie się litu, na elektrodzie dodatniej zapada się mechanizm usuwania nadmiaru litu, a oksydacyjny rozkład elektrolitu (pojawianie się produktów ubocznych i wydzielanie gazu) ulega przyspieszeniu. Kiedy akumulator jest nadmiernie rozładowany, folia miedziana ma tendencję do rozpuszczania się (utrudniając usuwanie litu lub bezpośrednie wytwarzanie dendrytów miedzi), co prowadzi do obniżenia pojemności lub awarii akumulatora.
Badania strategii ładowania wykazały, że gdy napięcie odcięcia ładowania wynosi 4 V, odpowiednie obniżenie napięcia odcięcia ładowania (np. 3,95 V) może wydłużyć żywotność akumulatora. Wykazano również, że szybkie ładowanie akumulatora do 100% SOC zanika szybciej niż szybkie ładowanie do 80% SOC. Ponadto Li i in. odkryli, że chociaż pulsowanie może poprawić wydajność ładowania, rezystancja wewnętrzna akumulatora znacznie wzrośnie, a utrata materiału aktywnego elektrody ujemnej jest poważna.
7. Temperatura
Wpływ temperatury na pojemnośćakumulatory litowo-jonowejest również bardzo ważne. Podczas długotrwałej pracy w wyższych temperaturach następuje nasilenie reakcji ubocznych w akumulatorze (np. rozkład elektrolitu), prowadzących do nieodwracalnej utraty pojemności. Podczas pracy w niższych temperaturach przez dłuższy czas wzrasta całkowita impedancja akumulatora (zmniejsza się przewodność elektrolitu, wzrasta impedancja SEI i zmniejsza się szybkość reakcji elektrochemicznych), a także może wystąpić wytrącanie się litu z akumulatora.
Powyższe stanowi główną przyczynę spadku pojemności baterii litowo-jonowych. Wierzę, że dzięki powyższemu wprowadzeniu rozumiesz przyczyny spadku pojemności baterii litowo-jonowych.
Czas publikacji: 24 lipca 2023 r