Ako nová generácia technológie sekundárnej batérie, lítium-iónové batérie dosiahli rýchly vývoj v dôsledku svojej výhody hustoty energie po nahradení kadmia-a-a-a vodíkových a vodíkových a vodíkových a vodíkových a vodíkových a vodíkových a vodíkových a vodíkového Lítium-iónové batérie so zameraním na analýzu faktorov ovplyvňujúcich jadro, ako je preplnenie, rozklad elektrolytov a sebaparovanie .
Pomer hmotnosti pozitívnych a negatívnych elektród úzko súvisí s výkonom batérie . Keď je hmotný pomer príliš malý, aktívne látky negatívneho materiálu elektród sa nedajú úplne využiť, čo vedie k odpadu zdrojov; Ak je hmotnostný pomer príliš veľký, záporná elektróda je náchylná na nadmerné nabíjanie počas nabíjania, a preto predstavuje bezpečnostné riziko ., iba ak hmotnostný pomer kladných a negatívnych elektród dosiahne optimálnu hodnotu, môže byť maximalizácia výkonu batérie .
V ideálnom systéme lítium-iónových batérií zostáva rovnováha kapacity v priebehu cyklu konštantná a počiatočná kapacita každého cyklu je relatívne stabilná ., skutočná operácia batérie je však oveľa komplikovanejšia ako teória {. akúkoľvek vedľajšiu reakciu, ktorá sa týka výroby a konzumácie liínových iónov. rekonštrukcia spontánne a vplyv sa bude naďalej hromadiť so zvyšovaním počtu cyklov . Počas prevádzky lítium-iónových batérií, okrem normálneho zavedenia lítia a odstránenia hlavnej reakcie, existuje aj veľa vedľajších reakcií, ako je napríklad dekompozícia elektrolytu, acerózne reakcie, ktoré sa konajú, je pre kontinučné reakcie, ktoré sú pre kontinuálne, primeraná strana. nerovnováha rovnováhy kapacity a pokles výkonu batérie .
Dôvod 1: Preľudnenie
Keď sa lítium-iónové batérie preplnia, vedľajšie reakcie medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami a elektrolytom významne zintenzívnia stratu kapacity . Konkrétne prejavy sú nasledujúce:
1. nadmerné nabíjanie depozície grafitovej anódy a kovového kovu .
Keď je batéria preplnená, rýchlosť zníženia lítium iónov presahuje rýchlosť vloženia, čo spôsobuje, že lítium kov (li⁰) uloží na povrch anódy . vplyv na kapacitu: Zahŕňa:
Aktívna strata lítia:Uložené lítium opúšťa cyklistický systém vkladania a opätovného zariadenia, ktorý priamo znižuje celkové množstvo mobilných lítiových iónov;
Reakcie na bočnom rozhraní:Lítiový kov reaguje s elektrolytom (ako je rozpúšťadlo DMC, elektrolyt lipf₆) za vzniku tuhých produktov, ako sú li₂co₃, LIF atď.
Zvýšenie vnútorného odporu:Lítiové dendrity rastú na zápornom rozhraní elektród - separátor, pravdepodobne prenikajúc do pórov separátora, čím sa zvyšuje odpor prenosu iónov;
Spotreba elektrolytov:Aktívne lítium naďalej reaguje s elektrolytom, čo vedie k zníženiu koncentrácií rozpúšťadla a lítiovej soli, čím sa znižuje účinnosť iónového vedenia .
Kľúčové ovplyvňujúce faktory:
Polarizačný efekt:Rýchle nabíjanie (vysoká hustota prúdu) zosilňuje polarizáciu anódy, aj keď je pomer aktívnych látok v pozitívnych a negatívnych elektródach normálny, môže spustiť rast lítiových dendritov;
Nerovnováha pomeru:Ak je kladná aktívna látka nadmerná (= m⁺/m⁻=optimálna hodnota), dostupná lítiová kapacita negatívnej elektródy je nedostatočná a riziko nadmerného nabíjania sa výrazne zvyšuje {.
2. kladná elektróda nadmerne nabíjania
Keď je pomer pozitívneho elektródového aktívneho materiálu k negatívnemu elektródovému materiálu príliš nízky, pravdepodobne dôjde k nadmernému nabíjaniu kladnej elektródy .
Strata kapacity spôsobená nadmerným nabíjaním pozitívnej elektródy je výsledkom hlavne tvorby elektrochemických inertných látok (ako je CO3O4, MN2O3 atď.
3. Oxidačná reakcia elektrolytu počas nadmerného nabíjania
Keď napätie prekročí 4 . 5V, elektrolyt oxiduje a generuje nerozpustné látky (ako napríklad LI2CO3) a plyny . Tieto nerozpustné látky budú počas cyklórneho procesu upozorniť mikropóry.
Dôvod 2: Rozklad elektrolytov (zníženie)
1. oxidačný rozklad elektrolytu na povrchu kladného elektród
Keď napätie prekročí 4 . 5V (vs {. li/li⁺), elektrolyt môže podstúpiť oxidačnú reakciu na pozitívnej elektróde, ktorá vytvára nerozpustné produkty, ako sú li₂co₃ a LIF {{3} Degradácia . Okrem toho je oxidačná reakcia sprevádzaná uvoľňovaním plynov (ako sú CO₂ a O₂), čo spôsobuje zvýšenie vnútorného tlaku batérie a vytvára potenciálne bezpečnostné riziká.
2. Rozklad redukcie elektrolytu na povrchu zápornej elektród
Na povrchu grafitu a iných lítium-interkalačných uhlíkových negatívnych elektród je redukčný rozklad elektrolytu kľúčovým procesom ovplyvňujúcim výkon batérie:
- Počiatočná formácia filmu:
Počas prvého nabíjania je elektrolyt (ako je rozpúšťadlo založené na EC) na zápornom povrchu elektródy redukovaný, vytvára sa membrána rozhrania s tuhým elektrolytom (SEI membrána) zložená z Li₂Co₃, lioco₂li, LIF atď. štruktúra elektród;
- Nezvratná strata kapacity:
Počas procesu tvorby filmu sa konzumuje aktívny lítia (z elektrolytovej lítiovej soli alebo exfoliáciu lítia pozitívneho elektródy), čo vedie k prvej účinnosti nabíjania a vybíjania účinnosti grafitov (Coulombovho účinnosti) nižšia ako 100%..
- Stabilita cyklistiky:
Počas normálnej cyklovania si membrána SEI zachováva dynamickú rovnováhu a vyskytujú sa iba menšie opravy, keď sa membrána praskne v dôsledku zmien objemu elektród (ako je expanzia litium interkalácie) {{}}
3. redukcia elektrolytov
Všeobecne sa predpokladá, že sa podieľa na tvorbe membrány na povrchu uhlíkovej elektródy a typ a koncentrácia elektrolytu ovplyvní výkon uhlíkovej elektródy {. Rozpúšťadlo . Redukčné produkty zmiešané v zápornom filme na ukladanie elektród ovplyvní rozklad kapacity batérie .
Napríklad lítium hexafluórfosfát, perchlorát lítium a lítium bis (trifluórmetánsulfonylimid) majú podporné elektrolyty, ktoré podliehajú redukčným reakciám na povrchu uhlíkovej elektródy . generovaných produktov, ako sú tieto produkty} Produkty môžu tvoriť hustú a iónovú vodivú filmovú vrstvu, môže inhibovať kontinuálne penetráciu elektrolytu ., môže to viesť k rozkladu kapacity v dôsledku problémov s membránou alebo koróziou vedľajšími produktmi ., preto sa zhoduje s typmi typov, koncentrácií elektrolytu a pridaním funkčných látok k redukčnej ceste, ktorá je v oblasti redukčného prepoje vyvážiť mieru zachovania kapacity a stabilitu rozhrania .
4. zníženie nečistôt
Keď je obsah vody v elektrolyte príliš vysoký, molekuly vody podliehajú redukčným reakciám na povrchu elektródy, ktoré vytvárajú usadzovacie vrstvy LIOH a li₂o {{}} Medzi súvisiace reakcie patrí H₂o získavanie elektrónov, aby vytvorili OH⁻ a H₂ {}, ktoré tvorí LiOH s LIOH, a LIOH ďalšie opakovanie formy Li₂o a H₂ {} {1} {1} Na povrchu elektródy, bránenie vloženia lítium iónov do grafitovej elektródy, čo vedie k ireverzibilnej strate kapacity ., malé množstvo vody ({{{}}} × 10⁻⁶) však nemá významný vplyv na výkon grafitovej elektródy .}
CO₂ v rozpúšťadle je znížená na zápornej elektróde za vzniku CO Plyn a li₂co₃ tuhého . CO spôsobuje zvýšenie vnútorného tlaku batérie, zatiaľ čo LI₂CO₃ zvyšuje vnútorný odpor batérie {{}}}} v dôsledku prítomnosti kyslíka v rozpúšťadle v rozpúšťadle a plnej línii s nízkym obsahom rozpúšťadla a plnej miery v dôsledku rozdielu s malými potenciálmi medzi nižšími potenciál Redukčné správanie elektrolytu na uhlíkovej elektróde je podobné ako na kovovom povrchu lítia . Rôzne produkty generované znížením nečistôt ovplyvňujú kapacitu a výkonnosť cyklu cez dráhy, ako je formovanie odporových filmov, generovanie plynov alebo meniace sa charakteristiky rozhrania.
Dôvod 3: Self-Disquarge
Sebaplácanie lítium-iónových batérií sa vzťahuje na jav, v ktorom kapacita batérie prirodzene klesá v priebehu času, keď je v stave otvoreného obvodu bez použitia {{{}} Strata kapacity spôsobenej týmto procesom sa dá rozdeliť na reverzibilné a neurčité typy {{}}. batéria .
Zvratná strata kapacity pramení hlavne z reakcií mikro-bunky medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami a elektrolytom počas nabíjania .
Napríklad litium-manganský oxid pozitívny elektróda reaguje s rozpúšťadlom PC na povrchu kolektora uhlíka alebo prúdu, podstupujúc redoxné reakcie a molekuly rozpúšťadla sú oxidované, aby sa vytvorili voľné radikály {. v rovnakom čase, inak, inak, inak, elektrickým lipom a iným elektrotefom. S rozkladom PF₆⁻ a vloženým a oxidovaným a oxidovaným uhlíkom . Tieto procesy spotrebúvajú aktívne materiály a narušujú rovnováhu kapacity medzi kladnými a negatívnymi elektródami, čím sa zabráni obnoveniu kapacity počas nabíjania .
Rýchlosť sebadisbíkov je ovplyvnená mnohými faktormi . Vo výrobnom procese pozitívneho materiálu elektródy, častice s väčším počtom povrchových defektov a väčšou špecifickou plochou povrchovej plochy budú rýchlejšie {. Presnosť procesu výroby batérií v prložích a nečistoty . Oxidačná stabilita stability solventného plánu v slanom pláne A Elektrópsky Úloha . Napríklad, PC sa ľahko oxiduje, zatiaľ čo EC má stabilnú tvorbu filmu . Typ lítiovej soli ovplyvňuje vedľajšiu reakčnú cestu . Zvýšenie teploty bude výrazne urýchliť kinetiku samodaľby {{9} Teplota . akumulácia času zhorší depozíciu vedľajších produktov . Aj keď priechodný prúd membrány môže tiež spôsobiť vlastný vyplácanie, jeho rýchlosť je extrémne nízka a nemá nič spoločné s teplotou, takže to nie je hlavný mechanizmus {{{17}
