Kao nova generacija sekundarne tehnologije baterije, litij-ionske baterije postigle su brzi razvoj zbog prednosti gustoće energije nakon što su zamijenile baterije kadmij-nickel i vodik-nickel, i pokazale su široke izglede za primjenu . Međutim, loša stabilnost njihovih naboja i ispuštanja ciklusa je postala ključna ekistva {{{4 Litij-ionske baterije, s naglaskom na analizu jezgre koji utječu na čimbenike kao što su prekomjerno punjenje, dekompozicija elektrolita i samo-otpuštanje .
Omjer mase pozitivnih i negativnih elektroda usko je povezan s performansama baterije . kada je omjer mase premali, aktivne tvari materijala negativnog elektroda ne mogu se u potpunosti iskoristiti, što rezultira gubitkom resursa; Kad je omjer mase prevelik, negativna elektroda je sklona prekomjernoj punjenju tijekom punjenja, postavljajući sigurnosnu opasnost ., dakle, samo kada omjer mase pozitivnih i negativnih elektroda dosegne optimalnu vrijednost, može se povećati performanse baterije .
U idealnom litij-ionskom baterijskom sustavu, ravnoteža kapaciteta ostaje konstantna tijekom cijelog ciklusa, a početni kapacitet svakog ciklusa je relativno stabilan ., međutim, stvarna operacija baterije je daleko složenija od teorije . bilo koja bočna reakcija koja uključuje i konzumiranje {to je u ravnoteži, to je vrijedna ravnoteža {}. Uništeno, ne može se obnoviti spontano, a utjecaj će se i dalje akumulirati s povećanjem broja ciklusa . tijekom rada litij-ionskih baterija, osim normalnog umetanja litija i uklanjanja glavne reakcije, postoje i mnoge bočne akcije {6 metala, i aktivne dekozicije, i aktivnog materijala, i aktivnog materijala, aktivnog materijala, i aktivnog materijala, a aktivno se dimenzija elektrolija, i aktivni materijal, aktivno dimenzija elektrolima, i metal-dekopozicija, aktivna emitiranja, i aktivnog dekozicije elektrolita, i dimenzija elektrolita, i dimenzija elektrolita, i dimenzija, i aktivnim dekopozicijom elektrolima, i dimenzijama, i u dekoziciji elektrolima, i dimenzijama, i aktivnom dekopozicijom elektrolija, i dimenzijama elektrolima, i dimenzijama elektrolija, i dimenzijama, i aktivnom matenijskom dekozicijom, i diplomski materijal, i u ekimu elita. Reakcije su važan razlog neravnoteže ravnoteže kapaciteta i pada performansi baterije .
Razlog 1: Prekomjerno punjenje
Kad su litij-ionske baterije preplavljene, bočne reakcije između pozitivnih i negativnih elektroda i elektrolita značajno će pojačati gubitak kapaciteta . Specifične manifestacije su sljedeće:
1. Preplavivanje grafitne anode i taloženje litijskog metala .
Kad je baterija preplavljena, brzina smanjenja litijskih iona premašuje brzinu ugradnje, uzrokujući da se litij metal (li⁰) pogibe na površinu anode . Utjecaj na kapacitet uključuje:
Aktivni gubitak litija:Deponirani litij ostavlja biciklistički sustav ugradnje i ponovnog umetanja, izravno smanjujući ukupnu količinu mobilnih litijskih iona;
Sučelje sporedne reakcije:Litij metal reagira s elektrolitom (poput otapala DMC, elektrolita Lipf₆) kako bi formirao čvrste proizvode kao što su li₂co₃, LIF i etc ., konzumiranje aktivnih tvari i blokirajućih pora elektroda;
Povećanje unutarnjeg otpora:Litijev dendriti rastu na sučelju negativnog elektroda - separatora, možda prodiru u pore za separatore, povećavajući otpor prijenosa iona;
Potrošnja elektrolita:Aktivni litij i dalje reagira s elektrolitom, što rezultira smanjenjem koncentracije otapala i litijske soli, smanjujući učinkovitost ionskog provođenja .
Ključni faktori koji utječu:
Efekt polarizacije:Brzo punjenje (visoka gustoća struje) pojačava polarizaciju anode, čak i ako je omjer aktivnih tvari u pozitivnim i negativnim elektrodama normalan, može pokrenuti rast litijskih dendrita;
Neravnoteža omjera:Kad je pozitivna aktivna tvar prekomjerna (= m⁺/m⁻=Optimalna vrijednost), raspoloživi kapacitet litija negativne elektrode nije dovoljan, a rizik od prekomjernog punjenja značajno se povećava .
2. Pozitivna reakcija prekomjernog punjenja elektrode
Kad je omjer aktivnog materijala s pozitivnim elektrodama i negativnog aktivnog materijala prenizak, vjerojatno će se pojaviti prekomjerno punjenje pozitivne elektrode .
Gubitak kapaciteta uzrokovan prekomjernim punjenjem pozitivne elektrode uglavnom proizlazi iz stvaranja elektrokemijskih inertnih tvari (poput CO3O4, MN2O3, ETC .), koji narušava ravnotežu kapaciteta između elektroda i nepovratna je .
3. Oksidacijska reakcija elektrolita tijekom prekomjernog punjenja
Kad napon premaši 4 . 5V, elektrolit će oksidirati i generirati netopljive tvari (poput LI2CO3) i plinova . Ove netopljive tvari začepljuju mikropore elektroda, ometajući migraciju ionskog kapaciteta.
Razlog 2: Dekompozicija elektrolita (smanjenje)
1. Oksidacijska dekompozicija elektrolita na površini pozitivne elektrode
Kad napon premaši 4 {. 5V (VS . li/li⁺), elektrolit može proći reakciju oksidacije na pozitivnu elektrodu, generiranje netopljivih proizvoda poput li₂co₃ i life . ovi će proizvodi začepiti, a Hinder Degradacija . Nadalje, reakcija oksidacije popraćena je oslobađanjem plinova (poput CO₂ i O₂), što uzrokuje povećanje unutarnjeg tlaka baterije i stvaranje potencijalnih sigurnosnih opasnosti.
2. smanjenje raspadanja elektrolita na površini negativne elektrode
Na površini grafita i drugih litij-interkalacijskih negativnih elektroda, smanjenje raspada elektrolita ključni je proces koji utječe na performanse baterije:
- Početna formacija filma:
Tijekom prvog punjenja, elektrolit (poput otapala temeljenog na EC) smanjuje se na površini negativne elektrode, generirajući membranu sučelja čvrste elektrolita (SEI membrana) sačinjenu od li₂co₃, lioco₂li, LIF i itd. stabilizirati negativnu strukturu elektrode;
- Nepovratni gubitak kapaciteta:
Tijekom procesa formiranja filma, troši se aktivni litij (iz elektrolitne litijske soli ili pilinga litija pozitivne elektrode), što rezultira prvim učinkovitošću punjenja i ispuštanja (COULOMB učinkovitost) niža od 100%., obično, prva efikasnost negativnih elektroda grafita;
- Stabilnost biciklizma:
Tijekom normalnog biciklizma, SEI membrana održava dinamičku ravnotežu, a nastaju samo manji popravci kada je membrana rupturirana zbog promjena volumena elektroda (poput ekspanzije interkalacije litija) ., dakle, potrošnja elektrolita se kontrolira na relativno niskoj razini.
3. smanjenje elektrolita
Općenito se vjeruje da je uključen u formiranje membrane na površini ugljične elektrode, a vrsta i koncentracija elektrolita utjecat će na performanse ugljične elektrode . U nekim slučajevima, smanjenje elektrolita pomaže da se stabiliziraju da je i potrebna pasivalna sloj {{1 {1}. otapalo . Proizvodi smanjenja pomiješani u filmu negativnog taloženja elektroda utjecati će na propadanje kapaciteta baterije .
Na primjer, litij heksafluorofosfat, litij perhlorat i litij bis (trifluorometanesulfonilimid) imaju potporne elektrolite koji podvrgavaju reakcije smanjenja na površini ugljikovog elektroda ., kao što su i uboji, i CLO₃⁻, i tfs, a i tfs, a proizvodi će biti ulice, poput života, i CLO₃⁻, i TFS, a proizvodi će biti ubodni, kao takav život, poput života, i tfs. Ako ovi proizvodi mogu formirati gusti i ionski-kodučki filmski sloj, on može inhibirati kontinuirano prodiranje elektrolita . naprotiv, to može dovesti do propadanja kapaciteta zbog problema s membranom ili korozije, kompanijama, dakle, usklađivanjem, i dodavanjem tipova, koncentracije, koncentracije, koncentracije, dodajući tipove, dodajući tipove, i dodajući tipove Film sučelja može se optimizirati za uravnoteženje stope zadržavanja kapaciteta i stabilnosti sučelja .
4. Smanjenje nečistoća
When the water content of the electrolyte is too high, water molecules undergo reduction reactions on the electrode surface, generating LiOH and Li₂O deposition layers. The related reactions include H₂O gaining electrons to form OH⁻ and H₂, OH⁻ combining with Li⁺ to form LiOH solid, and LiOH further reacting to form Li₂O and H₂. These products form a high-resistance Filmski sloj na površini elektrode, ometajući umetanje litijskih iona u grafitnu elektrodu, što rezultira nepovratnim gubitkom kapaciteta . Međutim, mala količina vode (100-300 × 10⁻⁶) u otapalu nema značajnog učinka na performanse grafitne elektrode {}}
Co₂ u otapalu se smanjuje na negativnoj elektrodi kako bi tvorio CO plin i li₂co₃ kruta . co uzrokuje povećanje unutarnjeg tlaka baterije, dok li₂co₃ povećava unutarnji otpor baterije . Potpuno podvrgava se u 2 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{ @ Uključen ugljik, redukcijsko ponašanje elektrolita na ugljičnoj elektrodi slično je onome na metalnoj litijskoj površini . Različiti proizvodi generirani smanjenjem nečistoća utječu na kapacitet i performanse ciklusa baterije putem filmova za formiranje, kao što su generiranja plinova {{4}
Razlog 3: Samo-otpuštanje
Self-discharge of lithium-ion batteries refers to the phenomenon where the battery's capacity naturally decreases over time when it is in an open-circuit state without being used. The capacity loss caused by this process can be divided into reversible and irreversible types. The former can be restored through charging, while the latter cannot be recovered as it results from permanent chemical reactions or structural damage within the baterija .
Nepovratni gubitak kapaciteta uglavnom proizlazi iz reakcija mikro-stanica između pozitivnih i negativnih elektroda i elektrolita tijekom punjenja .
For example, the lithium-manganese oxide positive electrode reacts with the solvent PC on the surface of carbon black or current collector, undergoing redox reactions, and the solvent molecules are oxidized to generate free radicals. At the same time, lithium ions are desorbed from the positive electrode material, and the active material of the negative electrode reacts with the electrolyte containing LiPF₆ and other Elektroliti, pri čemu se ugrađuju PF₆⁻ i litij i ugljik se desorbira i oksidira . Ovi procesi konzumiraju aktivne materijale i narušavaju ravnotežu kapaciteta između pozitivnih i negativnih elektroda, sprječavajući oporavak kapaciteta tijekom punjenja .
Na brzinu samo-pražnjenja utječu mnogi faktori . u procesu proizvodnje pozitivnog materijala elektroda, čestice s više površinskih oštećenja i većom specifičnom površinom brže će se samo-izdvajati . Preciznost proizvodnog procesa baterije utječe na kontakata za sučelje {{4}. Uloga . Na primjer, PC se lako oksidira, dok EC ima stabilno stvaranje filma . Vrsta litijske soli utječe na put bočne reakcije . porast temperature značajno će ubrzati kinetike samo-punjenja, dok je 10%, na 9%, na sobi. Temperatura {. Akumulacija vremena pogoršat će taloženje nusprodukata ., iako struja propuštanja dijafragme također može uzrokovati samo-otpuštanje, njegova stopa je izuzetno niska i nema nikakve veze s temperaturom, tako da nije glavni mehanizam .
