Пад уплывам гарачай ступені рынку электрамабіляў,літый-іённыя батарэі, як аднаго з асноўных кампанентаў электрамабіляў, у значнай ступені падкрэслівалася. Людзі імкнуцца да распрацоўкі літый-іённых акумулятараў з доўгім тэрмінам службы, высокай магутнасцю і добрай бяспекай. Сярод іх паслабленнелітый-іённы акумулятарёмістасць вельмі вартая ўвагі кожнага, толькі поўнае разуменне прычын згасання літый-іённых акумулятараў або механізму, каб мець магчымасць прапісаць правільныя лекі для вырашэння праблемы, якая ёмістасць літый-іённых акумулятараў чаму паслабленне?
Прычыны зніжэння ёмістасці літый-іённых акумулятараў
1. Матэрыял станоўчага электрода
LiCoO2 з'яўляецца адным з часта выкарыстоўваных катодных матэрыялаў (катэгорыя 3C шырока выкарыстоўваецца, і акумулятары харчавання ў асноўным нясуць трайны фасфат і літый-жалеза). Па меры павелічэння колькасці цыклаў страта актыўных іёнаў літыя спрыяе зніжэнню ёмістасці. Пасля 200 цыклаў LiCoO2 не зведаў фазавы пераход, а змяніў пласціністую структуру, што прывяло да цяжкасцей пры адключэнні Li+.
LiFePO4 мае добрую структурную стабільнасць, але Fe3+ у анодзе раствараецца і аднаўляецца да металу Fe на графітавым анодзе, што прыводзіць да павелічэння палярызацыі анода. Як правіла, растварэнню Fe3+ прадухіляюць пакрыццё з часціц LiFePO4 або выбар электраліта.
Трайныя матэрыялы NCM ① Іёны пераходных металаў у матэрыяле аксіду пераходнага металу катода лёгка раствараюцца пры высокіх тэмпературах, такім чынам вызваляючыся ў электраліце або адкладаючыся на адмоўным баку, выклікаючы згасанне ёмістасці; ② Калі напружанне вышэй за 4,4 В у параўнанні з Li+/Li, структурныя змены трайнога матэрыялу прыводзяць да пагаршэння ёмістасці; ③ Li-Ni змешаныя шэрагі, што прыводзіць да блакіроўкі Li+ каналаў.
Асноўнымі прычынамі зніжэння ёмістасці літый-іённых акумулятараў на аснове LiMnO4 з'яўляюцца: 1. незваротныя фазавыя або структурныя змены, такія як аберацыя Яна-Тэлера; 2. растварэнне Mn у электраліце (прысутнасць HF у электраліце), рэакцыі дыспрапарцыянавання або аднаўлення на анодзе.
2. Матэрыялы адмоўнага электрода
Вылучэнне ападкаў літыя на баку анода графіту (частка літыя становіцца «мёртвым літыем» або стварае дендрыты літыя), пры нізкіх тэмпературах дыфузія іёнаў літыя лёгка запавольваецца, што прыводзіць да выпадзення літыя, а ападкі літыя таксама схільныя да ўзнікнення калі стаўленне N/P занадта нізкае.
Паўторнае разбурэнне і рост плёнкі SEI на баку анода прыводзіць да знясілення літыя і павелічэння палярызацыі.
Паўторны працэс убудавання/выдалення літыя ў анодзе на аснове крэмнія можа лёгка прывесці да пашырэння аб'ёму і разбурэння часціц крэмнія. Такім чынам, для крамянёвага анода асабліва важна знайсці спосаб стрымліваць яго аб'ёмнае пашырэнне.
3.Электраліт
Фактары ў электраліце, якія спрыяюць зніжэнню ёмістасцілітый-іённыя батарэіуключаць:
1. Раскладанне растваральнікаў і электралітаў (сур'ёзныя збоі або праблемы бяспекі, такія як адукацыя газу), для арганічных растваральнікаў, калі патэнцыял акіслення большы за 5 В у параўнанні з Li+/Li або патэнцыял аднаўлення ніжэйшы за 0,8 В (рознае напружанне раскладання электраліта розныя), лёгка раскладаюцца. Што тычыцца электраліта (напрыклад, LiPF6), ён лёгка раскладаецца пры больш высокай тэмпературы (больш за 55 ℃) з-за дрэннай стабільнасці.
2. Па меры павелічэння колькасці цыклаў узмацняецца рэакцыя паміж электралітам і станоўчым і адмоўным электродамі, у выніку чаго здольнасць масапераносу слабее.
4.Дыяфрагма
Дыяфрагма можа блакаваць электроны і выконваць перадачу іёнаў. Аднак здольнасць дыяфрагмы транспартаваць Li+ зніжаецца, калі адтуліны дыяфрагмы закаркоўваюцца прадуктамі раскладання электраліта і г.д., або калі дыяфрагма сціскаецца пры высокіх тэмпературах, або калі дыяфрагма старэе. Акрамя таго, адукацыя літыевых дендрытаў, якія прабіваюць дыяфрагму, што прыводзіць да ўнутранага кароткага замыкання, з'яўляецца асноўнай прычынай яе адмовы.
5. Збор вадкасці
Прычынай страты магутнасці з-за калектара звычайна з'яўляецца карозія калектара. Медзь выкарыстоўваецца ў якасці адмоўнага калектара, таму што яна лёгка акісляецца пры высокіх патэнцыялах, у той час як алюміній выкарыстоўваецца ў якасці станоўчага калектара, таму што лёгка ўтварыць літый-алюмініевы сплаў з літыем пры нізкіх патэнцыялах. Пры нізкім напружанні (да 1,5 В і ніжэй, празмерны разрад) медзь акісляецца да Cu2+ у электраліце і адкладаецца на паверхні адмоўнага электрода, перашкаджаючы выдаленню літыя, што прыводзіць да зніжэння ёмістасці. І са станоўчага боку, празмерная зарадкабатарэявыклікае пітынг алюмініевага калектара, што прыводзіць да павелічэння ўнутранага супраціву і пагаршэння магутнасці.
6. Фактары зарада і разраду
Празмерныя множнікі зарада і разраду могуць прывесці да паскоранага зніжэння ёмістасці літый-іённых батарэй. Павелічэнне каэфіцыента зарада/разраду азначае адпаведнае павелічэнне імпедансу палярызацыі батарэі, што прыводзіць да памяншэння ёмістасці. Акрамя таго, напружанне, выкліканае дыфузіяй, якое ўзнікае пры зарадцы і разрадцы з высокімі хуткасцямі множання, прыводзіць да страты актыўнага матэрыялу катода і паскарэння старэння батарэі.
У выпадку празмернай зарадкі і празмернай разрадкі акумулятараў адмоўны электрод схільны да выпадзення літыя, механізм празмернага выдалення літыя з станоўчага электрода разбураецца, а акісляльнае раскладанне электраліта (узнікненне пабочных прадуктаў і выпрацоўка газу) паскараецца. Калі акумулятар празмерна разраджаны, медная фальга мае тэндэнцыю да растварэння (перашкаджаючы выдаленню літыя або непасрэдна ўтвараючы медныя дендрыты), што прыводзіць да зніжэння ёмістасці або выхаду батарэі з ладу.
Даследаванні стратэгіі зарадкі паказалі, што калі напружанне адключэння зарадкі складае 4 В, адпаведнае зніжэнне напружання адключэння зарадкі (напрыклад, 3,95 В) можа павялічыць тэрмін службы акумулятара. Было таксама паказана, што хуткая зарадка батарэі да 100% SOC разбураецца хутчэй, чым хуткая зарадка да 80% SOC. Акрамя таго, Лі і соавт. выявілі, што хоць пульсаванне можа павысіць эфектыўнасць зарадкі, унутраны супраціў батарэі значна ўзрасце, і страта актыўнага матэрыялу адмоўнага электрода сур'ёзная.
7.Тэмпература
Ўплыў тэмпературы на ёмістасцьлітый-іённыя батарэітаксама вельмі важна. Пры працяглай працы пры больш высокіх тэмпературах ўнутры батарэі ўзмацняюцца пабочныя рэакцыі (напрыклад, раскладанне электраліта), што прыводзіць да незваротнай страты ёмістасці. Пры працы пры больш нізкіх тэмпературах на працягу працяглых перыядаў часу агульны імпеданс батарэі павялічваецца (праводнасць электраліта зніжаецца, імпеданс SEI павялічваецца і хуткасць электрахімічных рэакцый зніжаецца), і з батарэі можа выпадаць асадак літыя.
Вышэйзгаданае з'яўляецца асноўнай прычынай зніжэння ёмістасці літый-іённага акумулятара. Дзякуючы прыведзеным вышэй уводзінам я лічу, што вы разумееце прычыны зніжэння ёмістасці літый-іённага акумулятара.
Час публікацыі: 24 ліпеня 2023 г