Beeinflusst durch die heiße Phase des Marktes für Elektrofahrzeuge,Lithium-Ionen-Batterien, als eine der Kernkomponenten von Elektrofahrzeugen, wurden stark hervorgehoben. Die Menschen sind bestrebt, eine langlebige, leistungsstarke und sichere Lithium-Ionen-Batterie zu entwickeln. Darunter ist die Dämpfung vonLithium-Ionen-AkkuDie Kapazität verdient die Aufmerksamkeit aller, nur ein vollständiges Verständnis der Gründe für die Dämpfung von Lithium-Ionen-Batterien oder des Mechanismus, um das richtige Medikament zur Lösung des Problems verschreiben zu können, ist, dass die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien der Grund dafür ist Dämpfung?
Gründe für den Kapazitätsabfall von Lithium-Ionen-Batterien
1.Positives Elektrodenmaterial
LiCoO2 ist eines der am häufigsten verwendeten Kathodenmaterialien (Kategorie 3C ist weit verbreitet und Leistungsbatterien enthalten im Wesentlichen ternäres und Lithiumeisenphosphat). Mit zunehmender Zyklenzahl trägt der Verlust aktiver Lithiumionen stärker zum Kapazitätsabfall bei. Nach 200 Zyklen durchlief LiCoO2 keinen Phasenübergang, sondern eine Veränderung der Lamellenstruktur, was zu Schwierigkeiten bei der Li+-Enteinbettung führte.
LiFePO4 hat eine gute strukturelle Stabilität, aber das Fe3+ in der Anode löst sich auf und reduziert sich auf der Graphitanode zu Fe-Metall, was zu einer erhöhten Anodenpolarisation führt. Im Allgemeinen wird die Fe3+-Auflösung durch die Beschichtung mit LiFePO4-Partikeln oder die Wahl des Elektrolyten verhindert.
Ternäre NCM-Materialien ① Übergangsmetallionen im Übergangsmetalloxid-Kathodenmaterial lösen sich bei hohen Temperaturen leicht auf, wodurch sie im Elektrolyten freigesetzt werden oder sich auf der negativen Seite ablagern, was zu einer Kapazitätsabschwächung führt; ② Wenn die Spannung höher als 4,4 V gegenüber Li+/Li ist, führt die Strukturänderung des ternären Materials zu einer Kapazitätsverschlechterung; ③ Li-Ni-Mischreihen, was zur Blockierung der Li+-Kanäle führt.
Die Hauptursachen für den Kapazitätsabbau in LiMnO4-basierten Lithium-Ionen-Batterien sind 1. irreversible Phasen- oder Strukturänderungen, wie z. B. die Jahn-Teller-Aberration; und 2. Auflösung von Mn im Elektrolyten (Vorhandensein von HF im Elektrolyten), Disproportionierungsreaktionen oder Reduktion an der Anode.
2.Negative Elektrodenmaterialien
Auf der Anodenseite des Graphits kommt es zu einer Lithiumausfällung (ein Teil des Lithiums wird zu „totem Lithium“ oder es entstehen Lithiumdendriten). Bei niedrigen Temperaturen verlangsamt sich die Diffusion von Lithiumionen leicht, was leicht zu einer Lithiumausfällung führt, und es kann auch leicht zu einer Lithiumausfällung kommen wenn das N/P-Verhältnis zu niedrig ist.
Wiederholte Zerstörung und Wachstum des SEI-Films auf der Anodenseite führen zu einer Erschöpfung des Lithiums und einer erhöhten Polarisation.
Der wiederholte Prozess der Lithiumeinbettung/Entlithiumentfernung in der siliziumbasierten Anode kann leicht zu Volumenausdehnung und Rissversagen der Siliziumpartikel führen. Daher ist es bei Siliziumanoden besonders wichtig, eine Möglichkeit zu finden, ihre Volumenausdehnung zu verhindern.
3.Elektrolyt
Faktoren im Elektrolyten, die zur Verschlechterung der Kapazität beitragenLithium-Ionen-Batterienenthalten:
1. Zersetzung von Lösungsmitteln und Elektrolyten (schwerwiegender Fehler oder Sicherheitsprobleme wie Gasbildung) bei organischen Lösungsmitteln, wenn das Oxidationspotential größer als 5 V gegenüber Li+/Li ist oder das Reduktionspotential niedriger als 0,8 V ist (unterschiedliche Elektrolytzersetzungsspannung). unterschiedlich), leicht zu zersetzen. Bei Elektrolyten (z. B. LiPF6) ist es aufgrund der geringen Stabilität leicht, sich bei höheren Temperaturen (über 55 °C) zu zersetzen.
2. Mit zunehmender Zyklenzahl nimmt die Reaktion zwischen dem Elektrolyten und den positiven und negativen Elektroden zu, wodurch die Stoffübertragungskapazität schwächer wird.
4. Membran
Das Diaphragma kann die Elektronen blockieren und die Übertragung von Ionen gewährleisten. Allerdings verringert sich die Fähigkeit des Diaphragmas, Li+ zu transportieren, wenn die Diaphragmalöcher durch Zersetzungsprodukte des Elektrolyten usw. verstopft sind, oder wenn das Diaphragma bei hohen Temperaturen schrumpft oder wenn das Diaphragma altert. Darüber hinaus ist die Bildung von Lithiumdendriten, die das Diaphragma durchdringen und zu einem internen Kurzschluss führen, der Hauptgrund für dessen Ausfall.
5. Flüssigkeit sammeln
Die Ursache für den Kapazitätsverlust durch den Kollektor ist im Allgemeinen die Korrosion des Kollektors. Als negativer Kollektor wird Kupfer verwendet, da es bei hohen Potentialen leicht oxidiert, während Aluminium als positiver Kollektor verwendet wird, da sich bei niedrigen Potentialen leicht eine Lithium-Aluminium-Legierung mit Lithium bilden lässt. Unter niedriger Spannung (ab 1,5 V, Tiefentladung) oxidiert Kupfer im Elektrolyten zu Cu2+ und lagert sich auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab, wodurch das Herauslösen von Lithium behindert wird, was zu einer Verschlechterung der Kapazität führt. Und auf der positiven Seite ist die Überladung derBatterieverursacht Lochfraß am Aluminiumkollektor, was zu einem Anstieg des Innenwiderstands und einer Verschlechterung der Kapazität führt.
6. Lade- und Entladefaktoren
Übermäßige Lade- und Entlademultiplikatoren können zu einem beschleunigten Kapazitätsabbau von Lithium-Ionen-Batterien führen. Eine Erhöhung des Lade-/Entlademultiplikators bedeutet, dass sich die Polarisationsimpedanz der Batterie entsprechend erhöht, was zu einer Verringerung der Kapazität führt. Darüber hinaus führt der diffusionsbedingte Stress, der beim Laden und Entladen mit hohen Multiplikationsraten entsteht, zum Verlust von aktivem Kathodenmaterial und zu einer beschleunigten Alterung der Batterie.
Bei Überladung und Tiefentladung von Batterien neigt die negative Elektrode zur Lithiumausfällung, der Mechanismus zur übermäßigen Entfernung von Lithium an der positiven Elektrode bricht zusammen und die oxidative Zersetzung des Elektrolyten (das Auftreten von Nebenprodukten und die Gasproduktion) wird beschleunigt. Wenn die Batterie übermäßig entladen wird, neigt die Kupferfolie dazu, sich aufzulösen (wodurch das Herauslösen von Lithium behindert wird oder direkt Kupferdendriten erzeugt werden), was zu einer Verschlechterung der Kapazität oder einem Batterieausfall führt.
Studien zur Ladestrategie haben gezeigt, dass bei einer Ladeabschaltspannung von 4 V eine entsprechende Senkung der Ladeabschaltspannung (z. B. 3,95 V) die Lebensdauer der Batterie verbessern kann. Es hat sich auch gezeigt, dass das schnelle Laden einer Batterie auf 100 % Ladezustand schneller abklingt als das schnelle Laden auf 80 % Ladezustand. Darüber hinaus haben Li et al. fanden heraus, dass Pulsieren zwar die Ladeeffizienz verbessern kann, der Innenwiderstand der Batterie jedoch erheblich ansteigt und der Verlust an aktivem Material der negativen Elektrode schwerwiegend ist.
7. Temperatur
Der Einfluss der Temperatur auf die Kapazität vonLithium-Ionen-Batterienist auch sehr wichtig. Bei längerem Betrieb bei höheren Temperaturen kommt es vermehrt zu Nebenreaktionen innerhalb der Batterie (z. B. Zersetzung des Elektrolyten), die zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führen. Beim Betrieb bei niedrigeren Temperaturen über einen längeren Zeitraum steigt die Gesamtimpedanz der Batterie (die Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt ab, die SEI-Impedanz nimmt zu und die Geschwindigkeit elektrochemischer Reaktionen nimmt ab), und es kann leicht zu Lithiumausfällungen aus der Batterie kommen.
Das Obige ist der Hauptgrund für die Verschlechterung der Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien. Durch die obige Einführung glaube ich, dass Sie die Ursachen für die Verschlechterung der Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien verstanden haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juli 2023