Influenciado pelo grau de aquecimento do mercado de veículos elétricos,baterias de íon de lítio, como um dos principais componentes dos veículos elétricos, tem sido amplamente enfatizado.As pessoas estão comprometidas em desenvolver uma bateria de íons de lítio de longa vida, alta potência e boa segurança.Entre eles, a atenuaçãobateria de íon de lítiocapacidade é muito digna da atenção de todos, basta uma plena compreensão dos motivos da atenuação das baterias de íon-lítio ou do mecanismo, para poder prescrever o medicamento certo para resolver o problema, que capacidade das baterias de íon-lítio por que o atenuação?
Razões para a degradação da capacidade das baterias de íons de lítio
1.Material de eletrodo positivo
LiCoO2 é um dos materiais catódicos comumente usados (a categoria 3C é amplamente utilizada e as baterias de energia carregam basicamente fosfato de ferro ternário e de lítio).À medida que o número de ciclos aumenta, a perda de íons de lítio ativos contribui mais para a diminuição da capacidade.Após 200 ciclos, o LiCoO2 não sofreu transição de fase, mas sim uma alteração na estrutura lamelar, levando a dificuldades na desincorporação do Li+.
LiFePO4 tem boa estabilidade estrutural, mas o Fe3+ no ânodo se dissolve e se reduz ao metal Fe no ânodo de grafite, resultando em aumento da polarização do ânodo.Geralmente a dissolução do Fe3+ é evitada pelo revestimento de partículas de LiFePO4 ou pela escolha do eletrólito.
Materiais ternários NCM ① Os íons metálicos de transição no material do cátodo de óxido de metal de transição são fáceis de dissolver em altas temperaturas, liberando-se no eletrólito ou depositando-se no lado negativo, causando atenuação da capacidade;② Quando a tensão é superior a 4,4V vs. Li+/Li, a mudança estrutural do material ternário leva à degradação da capacidade;③ Linhas mistas de Li-Ni, levando ao bloqueio dos canais de Li+.
As principais causas da degradação da capacidade em baterias de íons de lítio baseadas em LiMnO4 são 1. fases irreversíveis ou mudanças estruturais, como a aberração de Jahn-Teller;e 2. dissolução de Mn no eletrólito (presença de HF no eletrólito), reações de desproporção ou redução no ânodo.
2. Materiais de eletrodo negativo
A geração de precipitação de lítio no lado anódico do grafite (parte do lítio se torna "lítio morto" ou gera dendritos de lítio), em baixas temperaturas, a difusão do íon lítio diminui facilmente, levando à precipitação do lítio, e a precipitação do lítio também é propensa a ocorrer quando a relação N/P é muito baixa.
A destruição repetida e o crescimento do filme SEI no lado do ânodo levam ao esgotamento do lítio e ao aumento da polarização.
O processo repetido de incorporação/remoção de lítio no ânodo à base de silício pode facilmente levar à expansão do volume e à falha de fissuras das partículas de silício.Portanto, para o ânodo de silício, é especialmente crítico encontrar uma maneira de inibir a sua expansão de volume.
3. Eletrólito
Fatores no eletrólito que contribuem para a degradação da capacidade dobaterias de íon de lítioincluir:
1. Decomposição de solventes e eletrólitos (falha grave ou problemas de segurança, como produção de gás), para solventes orgânicos, quando o potencial de oxidação é superior a 5V vs. Li+/Li ou o potencial de redução é inferior a 0,8V (diferentes tensões de decomposição de eletrólitos são diferente), fácil de decompor.Para eletrólito (por exemplo, LiPF6), é fácil decompor-se em temperaturas mais altas (acima de 55°C) devido à baixa estabilidade;
2. À medida que o número de ciclos aumenta, a reação entre o eletrólito e os eletrodos positivo e negativo aumenta, enfraquecendo a capacidade de transferência de massa.
4. Diafragma
O diafragma pode bloquear os elétrons e cumprir a transmissão de íons.No entanto, a capacidade do diafragma de transportar Li+ é reduzida quando os orifícios do diafragma são bloqueados por produtos de decomposição do eletrólito, etc., ou quando o diafragma encolhe a altas temperaturas, ou quando o diafragma envelhece.Além disso, a formação de dendritos de lítio perfurando o diafragma levando a um curto-circuito interno é o principal motivo de sua falha.
5. Coleta de fluido
A causa da perda de capacidade devido ao coletor é geralmente a corrosão do coletor.O cobre é usado como coletor negativo porque é fácil de oxidar em altos potenciais, enquanto o alumínio é usado como coletor positivo porque é fácil formar uma liga de lítio-alumínio com lítio em potenciais baixos.Sob baixa tensão (tão baixa quanto 1,5 V e abaixo, descarga excessiva), o cobre oxida em Cu2+ no eletrólito e se deposita na superfície do eletrodo negativo, dificultando a remoção do lítio, resultando na degradação da capacidade.E pelo lado positivo, a sobrecarga dobateriacausa corrosão no coletor de alumínio, o que leva a um aumento na resistência interna e degradação da capacidade.
6. Fatores de carga e descarga
Multiplicadores excessivos de carga e descarga podem levar à degradação acelerada da capacidade das baterias de íons de lítio.Um aumento no multiplicador de carga/descarga significa que a impedância de polarização da bateria aumenta proporcionalmente, levando a uma diminuição na capacidade.Além disso, o estresse induzido pela difusão gerado pela carga e descarga em altas taxas de multiplicação leva à perda de material ativo do cátodo e ao envelhecimento acelerado da bateria.
No caso de sobrecarga e descarga excessiva de baterias, o eletrodo negativo é propenso à precipitação de lítio, o mecanismo de remoção excessiva de lítio do eletrodo positivo entra em colapso e a decomposição oxidativa do eletrólito (ocorrência de subprodutos e produção de gás) é acelerada.Quando a bateria está excessivamente descarregada, a folha de cobre tende a se dissolver (dificultando a desincorporação do lítio ou gerando diretamente dendritos de cobre), levando à degradação da capacidade ou à falha da bateria.
Estudos de estratégia de carregamento mostraram que quando a tensão de corte de carga é de 4 V, reduzir adequadamente a tensão de corte de carga (por exemplo, 3,95 V) pode melhorar o ciclo de vida da bateria.Também foi demonstrado que o carregamento rápido de uma bateria para 100% do SOC decai mais rapidamente do que o carregamento rápido para 80% do SOC.Além disso, Li et al.descobriram que, embora a pulsação possa melhorar a eficiência do carregamento, a resistência interna da bateria aumentará significativamente e a perda de material ativo do eletrodo negativo é grave.
7.Temperatura
O efeito da temperatura na capacidade debaterias de íon de lítiotambém é muito importante.Ao operar em temperaturas mais altas por longos períodos de tempo, há um aumento nas reações colaterais dentro da bateria (por exemplo, decomposição do eletrólito), levando a uma perda irreversível de capacidade.Ao operar em temperaturas mais baixas por longos períodos de tempo, a impedância total da bateria aumenta (a condutividade do eletrólito diminui, a impedância SEI aumenta e a taxa de reações eletroquímicas diminui) e é provável que ocorra precipitação de lítio da bateria.
O que foi dito acima é o principal motivo para a degradação da capacidade da bateria de íons de lítio. Através da introdução acima, acredito que você tenha uma compreensão das causas da degradação da capacidade da bateria de íons de lítio.
Horário da postagem: 24 de julho de 2023