Электрлік көліктер нарығының қызу деңгейінің әсерінен,литий-иондық батареялар, электр көліктерінің негізгі құрамдас бөліктерінің бірі ретінде үлкен дәрежеде баса назар аударылды. Адамдар ұзақ өмір сүруді, жоғары қуаттылықты, жақсы қауіпсіздікті литий-ионды батареяны дамытуға ұмтылады. Олардың ішінде әлсіреулитий-ионды батареясыйымдылығы әркімнің назарын аударуға тұрарлық, тек литий-иондық батареялардың әлсіреу себептерін немесе механизмін толық түсіну, мәселені шешу үшін дұрыс дәрі-дәрмекті тағайындай алу, литий-иондық батареялардың сыйымдылығы неге әлсіреу?
Литий-иондық аккумуляторлардың сыйымдылығының төмендеуінің себептері
1. Позитивті электрод материалы
LiCoO2 жиі қолданылатын катодты материалдардың бірі болып табылады (3С категориясы кеңінен қолданылады, ал қуат батареялары негізінен үштік және литий темір фосфаттарын тасымалдайды). Циклдар саны артқан сайын белсенді литий иондарының жоғалуы сыйымдылықтың ыдырауына көбірек ықпал етеді. 200 циклден кейін LiCoO2 фазалық ауысудан өткен жоқ, керісінше пластинкалық құрылымның өзгеруі, Li+ ендірілуінде қиындықтарға әкелді.
LiFePO4 жақсы құрылымдық тұрақтылыққа ие, бірақ анодтағы Fe3+ ериді және графит анодында Fe металына дейін тотықсызданады, нәтижесінде анодтың поляризациясы жоғарылайды. Әдетте Fe3+ еруіне LiFePO4 бөлшектерін жабу немесе электролит таңдау арқылы жол бермейді.
NCM үштік материалдары ① Өтпелі металл оксидінің катодты материалындағы өтпелі металл иондары жоғары температурада оңай ериді, осылайша электролитте босатылады немесе сыйымдылықтың әлсіреуін тудыратын теріс жағында шөгеді; ② Кернеу Li+/Li-ге қарсы 4,4 В жоғары болғанда, үштік материалдың құрылымдық өзгеруі сыйымдылықтың төмендеуіне әкеледі; ③ Li-Ni аралас жолдар, Li+ арналарының бітелуіне әкеледі.
LiMnO4 негізіндегі литий-иондық аккумуляторлардағы сыйымдылықтың төмендеуінің негізгі себептері: 1. қайтымсыз фаза немесе құрылымдық өзгерістер, мысалы, Джан-Теллер аберрациясы; және 2. электролиттегі Mn-нің еруі (электролитте HF болуы), диспропорциялану реакциялары немесе анодта тотықсыздану.
2. Теріс электродтық материалдар
Графиттің анодтық жағында литий тұнбасының пайда болуы (литийдің бір бөлігі «өлі литийге» айналады немесе литий дендриттерін тудырады), төмен температурада литий иондарының диффузиясы оңай баяулайды, бұл литий тұнбасына әкеледі және литий тұнбасы да пайда болады. N/P қатынасы тым төмен болғанда.
Анод жағындағы SEI пленкасының қайта-қайта бұзылуы және өсуі литийдің азаюына және поляризацияның жоғарылауына әкеледі.
Кремний негізіндегі анодта литийді енгізу/де-литийді жоюдың қайталанатын процесі көлемнің кеңеюіне және кремний бөлшектерінің жарықшақтарының бұзылуына оңай әкелуі мүмкін. Сондықтан кремний аноды үшін оның көлемінің кеңеюін тежеу жолын табу өте маңызды.
3. Электролит
Электролиттің сыйымдылығының төмендеуіне ықпал ететін факторларлитий-иондық батареяларқамтиды:
1. Тотығу потенциалы Li+/Li-ге қарсы 5В-тан жоғары немесе тотықсыздану потенциалы 0,8В-тан төмен болғанда (электролиттердің ыдырау кернеуі әртүрлі) органикалық еріткіштер үшін еріткіштер мен электролиттердің ыдырауы (ауыр бұзылу немесе газ өндіру сияқты қауіпсіздік мәселелері). әртүрлі), ыдырауға оңай. Электролит (мысалы, LiPF6) үшін тұрақтылығы нашар болғандықтан жоғары температурада (55℃ жоғары) ыдырауға оңай;.
2. Цикл саны артқан сайын электролит пен оң және теріс электродтар арасындағы реакция күшейіп, масса алмасу қабілеті әлсірейді.
4. Диафрагма
Диафрагма электрондарды бөгеп, иондардың өтуін орындай алады. Бірақ диафрагманың Li+ тасымалдау қабілеті диафрагманың тесіктері электролиттің ыдырау өнімдерімен және т.б. арқылы бітелгенде немесе диафрагма жоғары температурада кішірейгенде немесе диафрагма қартағанда төмендейді. Сонымен қатар, ішкі қысқа тұйықталуға әкелетін диафрагманы тесіп өтетін литий дендриттерінің пайда болуы оның істен шығуының негізгі себебі болып табылады.
5. Сұйықтықты жинау
Коллектордың әсерінен қуаттың жоғалуының себебі әдетте коллектордың коррозиясы болып табылады. Теріс коллектор ретінде мыс пайдаланылады, себебі ол жоғары потенциалдарда тотығу оңай, ал алюминий оң коллектор ретінде пайдаланылады, өйткені төмен потенциалдарда литиймен литий-алюминий қорытпасын түзу оңай. Төмен кернеу кезінде (1,5 В-қа дейін және одан төмен, артық разряд) мыс электролитте Cu2+ дейін тотығады және теріс электродтың бетіне шөгеді, бұл литийдің сіңуіне кедергі келтіреді, нәтижесінде сыйымдылық төмендейді. Және оң жағы - шамадан тыс зарядтаубатареяалюминий коллекторының шұңқырын тудырады, бұл ішкі кедергінің жоғарылауына және сыйымдылықтың төмендеуіне әкеледі.
6. Зарядтау және разряд факторлары
Шамадан тыс зарядтау және разряд көбейткіштері литий-ионды аккумуляторлардың сыйымдылығының жылдам төмендеуіне әкелуі мүмкін. Зарядтау/разряд мультипликаторының ұлғаюы батареяның поляризациялық кедергісінің сәйкесінше артып, сыйымдылықтың төмендеуіне әкелетінін білдіреді. Сонымен қатар, жоғары көбейту жылдамдығымен зарядтау және разрядтау нәтижесінде пайда болатын диффузиялық кернеу катодты белсенді материалдың жоғалуына және аккумулятордың тез қартаюына әкеледі.
Батареяларды шамадан тыс зарядтау және разрядтау кезінде теріс электрод литийдің жауын-шашынына бейім, оң электродтың шамадан тыс литийді кетіру механизмі ыдырап, электролиттің тотығу ыдырауы (жанама өнімдер мен газдың пайда болуы) жеделдетіледі. Батарея шамадан тыс зарядсызданған кезде, мыс фольга еріп кетуге бейім (литийдің кіріктірілуіне кедергі келтіреді немесе мыс дендриттерін тікелей генерациялайды), бұл сыйымдылықтың төмендеуіне немесе батареяның істен шығуына әкеледі.
Зарядтау стратегиясын зерттеулер зарядтауды өшіру кернеуі 4В болғанда, зарядтауды өшіру кернеуін (мысалы, 3,95 В) тиісінше төмендету батареяның қызмет ету мерзімін ұзартатынын көрсетті. Сондай-ақ, аккумуляторды 100% SOC деңгейіне дейін жылдам зарядтау 80% SOC дейін жылдам зарядтаудан тезірек ыдырайтыны көрсетілді. Сонымен қатар, Ли т.б. импульсті зарядтау тиімділігін арттырса да, аккумулятордың ішкі кедергісі айтарлықтай артады және теріс электродтың белсенді материалының жоғалуы маңызды екенін анықтады.
7. Температура
Сыйымдылыққа температураның әсерілитий-иондық батареяларда өте маңызды. Ұзақ уақыт бойы жоғары температурада жұмыс істегенде, батареяның ішінде жанама реакциялардың жоғарылауы (мысалы, электролиттің ыдырауы), сыйымдылықтың қайтымсыз жоғалуына әкеледі. Төмен температурада ұзақ уақыт жұмыс істегенде, аккумулятордың жалпы кедергісі артады (электролит өткізгіштігі төмендейді, SEI кедергісі артады және электрохимиялық реакциялардың жылдамдығы төмендейді) және батареядан литий тұнбасының пайда болуына бейім.
Жоғарыда айтылғандар литий-ионды батарея сыйымдылығының төмендеуінің негізгі себебі болып табылады, жоғарыдағы кіріспе арқылы сіз литий-ионды батарея сыйымдылығының төмендеуінің себептерін түсіндіңіз деп ойлаймын.
Жіберу уақыты: 24 шілде 2023 ж