Influenciado por el alto grado del mercado de vehículos eléctricos,baterías de iones de litio, como uno de los componentes centrales de los vehículos eléctricos, se ha destacado en gran medida.La gente está comprometida a desarrollar una batería de iones de litio de larga duración, alta potencia y buena seguridad.Entre ellos, la atenuación debatería de iones de litioLa capacidad es muy digna de la atención de todos, solo una comprensión completa de las razones de la atenuación de las baterías de iones de litio o el mecanismo, para poder prescribir el medicamento adecuado para resolver el problema, la capacidad de las baterías de iones de litio por qué ¿atenuación?
Razones de la degradación de la capacidad de las baterías de iones de litio
1. material del electrodo positivo
LiCoO2 es uno de los materiales catódicos más utilizados (la categoría 3C se usa ampliamente y las baterías eléctricas contienen básicamente fosfato de hierro y litio ternario).A medida que aumenta el número de ciclos, la pérdida de iones de litio activos contribuye más a la disminución de la capacidad.Después de 200 ciclos, LiCoO2 no experimentó una transición de fase, sino más bien un cambio en la estructura laminar, lo que provocó dificultades en la desincrustación del Li+.
LiFePO4 tiene buena estabilidad estructural, pero el Fe3+ en el ánodo se disuelve y se reduce a Fe metálico en el ánodo de grafito, lo que resulta en una mayor polarización del ánodo.Generalmente la disolución del Fe3+ se evita mediante el recubrimiento de partículas de LiFePO4 o la elección del electrolito.
Materiales ternarios NCM ① Los iones de metales de transición en el material del cátodo de óxido de metal de transición son fáciles de disolver a altas temperaturas, liberándose así en el electrolito o depositándose en el lado negativo provocando una atenuación de la capacidad;② Cuando el voltaje es superior a 4,4 V frente a Li+/Li, el cambio estructural del material ternario conduce a la degradación de la capacidad;③ Filas mixtas de Li-Ni, lo que provoca el bloqueo de los canales de Li+.
Las principales causas de la degradación de la capacidad en las baterías de iones de litio basadas en LiMnO4 son: 1. cambios estructurales o de fase irreversibles, como la aberración de Jahn-Teller;y 2. disolución de Mn en el electrolito (presencia de HF en el electrolito), reacciones de desproporción o reducción en el ánodo.
2.Materiales de electrodos negativos.
La generación de precipitación de litio en el lado del ánodo del grafito (parte del litio se convierte en "litio muerto" o genera dendritas de litio), a bajas temperaturas, la difusión de iones de litio se ralentiza fácilmente, lo que conduce a la precipitación de litio, y la precipitación de litio también es propensa a ocurrir. cuando la relación N/P es demasiado baja.
La destrucción y el crecimiento repetidos de la película SEI en el lado del ánodo provocan el agotamiento del litio y un aumento de la polarización.
El proceso repetido de incrustación de litio/eliminación de litio en el ánodo a base de silicio puede conducir fácilmente a la expansión del volumen y a la rotura de las partículas de silicio.Por lo tanto, para el ánodo de silicio, es especialmente crítico encontrar una manera de inhibir su expansión de volumen.
3.electrolito
Factores en el electrolito que contribuyen a la degradación de la capacidad debaterías de iones de litioincluir:
1. Descomposición de solventes y electrolitos (fallas graves o problemas de seguridad como producción de gas), para solventes orgánicos, cuando el potencial de oxidación es mayor a 5 V vs. Li+/Li o el potencial de reducción es menor a 0,8 V (se aplica un voltaje de descomposición de electrolito diferente). diferente), fácil de descomponer.El electrolito (por ejemplo, LiPF6) es fácil de descomponer a temperaturas más altas (más de 55 ℃) debido a su mala estabilidad.
2. A medida que aumenta el número de ciclos, aumenta la reacción entre el electrolito y los electrodos positivo y negativo, debilitando la capacidad de transferencia de masa.
4.diafragma
El diafragma puede bloquear los electrones y realizar la transmisión de iones.Sin embargo, la capacidad del diafragma para transportar Li+ se reduce cuando los orificios del diafragma están bloqueados por productos de descomposición del electrolito, etc., o cuando el diafragma se contrae a altas temperaturas, o cuando el diafragma envejece.Además, la principal causa de su fallo es la formación de dendritas de litio que perforan el diafragma y provocan un cortocircuito interno.
5. Recolección de líquido
La causa de la pérdida de capacidad debida al colector es generalmente la corrosión del colector.El cobre se utiliza como colector negativo porque es fácil de oxidar a potenciales altos, mientras que el aluminio se utiliza como colector positivo porque es fácil formar una aleación de litio-aluminio con litio a potenciales bajos.Bajo voltaje bajo (tan bajo como 1,5 V e inferior, sobredescarga), el cobre se oxida a Cu2+ en el electrolito y se deposita en la superficie del electrodo negativo, lo que dificulta la desintegración del litio, lo que resulta en una degradación de la capacidad.Y en el lado positivo, la sobrecarga delbateríaprovoca picaduras en el colector de aluminio, lo que provoca un aumento de la resistencia interna y una degradación de la capacidad.
6. Factores de carga y descarga
Los multiplicadores de carga y descarga excesivos pueden provocar una degradación acelerada de la capacidad de las baterías de iones de litio.Un aumento en el multiplicador de carga/descarga significa que la impedancia de polarización de la batería aumenta en consecuencia, lo que lleva a una disminución de la capacidad.Además, la tensión inducida por la difusión generada por la carga y descarga a altas tasas de multiplicación conduce a la pérdida de material activo del cátodo y al envejecimiento acelerado de la batería.
En el caso de sobrecarga y descarga excesiva de baterías, el electrodo negativo es propenso a la precipitación de litio, el mecanismo de eliminación excesiva de litio del electrodo positivo colapsa y se acelera la descomposición oxidativa del electrolito (la aparición de subproductos y la producción de gas).Cuando la batería se descarga excesivamente, la lámina de cobre tiende a disolverse (lo que dificulta la desintegración del litio o genera directamente dendritas de cobre), lo que provoca una degradación de la capacidad o una falla de la batería.
Los estudios de estrategia de carga han demostrado que cuando el voltaje de corte de carga es de 4 V, reducir adecuadamente el voltaje de corte de carga (por ejemplo, 3,95 V) puede mejorar el ciclo de vida de la batería.También se ha demostrado que la carga rápida de una batería al 100 % de SOC decae más rápido que la carga rápida al 80 % de SOC.Además, Li et al.Se descubrió que, aunque la pulsación puede mejorar la eficiencia de carga, la resistencia interna de la batería aumentará significativamente y la pérdida de material activo del electrodo negativo es grave.
7.Temperatura
El efecto de la temperatura sobre la capacidad debaterías de iones de litioTambién es muy importante.Cuando se opera a temperaturas más altas durante períodos de tiempo prolongados, hay un aumento de reacciones secundarias dentro de la batería (por ejemplo, descomposición del electrolito), lo que lleva a una pérdida irreversible de capacidad.Cuando se opera a temperaturas más bajas durante períodos prolongados de tiempo, la impedancia total de la batería aumenta (la conductividad del electrolito disminuye, la impedancia SEI aumenta y la velocidad de las reacciones electroquímicas disminuye) y es probable que se produzca precipitación de litio de la batería.
Lo anterior es la razón principal de la degradación de la capacidad de la batería de iones de litio; a través de la introducción anterior, creo que comprenderá las causas de la degradación de la capacidad de la batería de iones de litio.
Hora de publicación: 24-jul-2023