Elektrikli avtomobil bazarının isti dərəcəsindən təsirlənərək,litium-ion batareyalar, elektrik nəqliyyat vasitələrinin əsas komponentlərindən biri olaraq, böyük ölçüdə vurğulanmışdır. İnsanlar uzun ömür, yüksək güc, yaxşı təhlükəsizlik litium-ion batareyasını inkişaf etdirməyə sadiqdirlər. Onların arasında zəifləməlitium-ion batareyatutumu hər kəsin diqqətinə çox layiqdir, yalnız litium-ion batareyalarının zəifləməsinin səbəblərini və ya mexanizmini tam başa düşmək, problemi həll etmək üçün doğru dərmanı təyin edə bilmək üçün, litium-ion batareyaların tutumunun niyə zəifləmə?
Litium-ion batareyalarının tutumunun pozulmasının səbəbləri
1.Müsbət elektrod materialı
LiCoO2 çox istifadə olunan katod materiallarından biridir (3C kateqoriyası geniş istifadə olunur və güc batareyaları əsasən üçlü və litium dəmir fosfat daşıyır). Dövrlərin sayı artdıqca, aktiv litium ionlarının itkisi tutumun azalmasına daha çox kömək edir. 200 dövrədən sonra LiCoO2 faza keçidinə məruz qalmadı, əksinə lamel strukturunda dəyişiklik baş verdi ki, bu da Li+-nın yerləşdirilməsində çətinliklərə səbəb oldu.
LiFePO4 yaxşı struktur dayanıqlığına malikdir, lakin anoddakı Fe3+ həll olunur və qrafit anodunda Fe metalına qədər azalır, nəticədə anod polarizasiyası artır. Ümumiyyətlə Fe3+ həllinin qarşısı LiFePO4 hissəciklərinin örtülməsi və ya elektrolit seçimi ilə alınır.
NCM üçlü materialları ① Keçid metal oksidi katod materialında keçid metal ionları yüksək temperaturda asanlıqla həll olunur, beləliklə, elektrolitdə sərbəst buraxılır və ya mənfi tərəfdə çökür və tutumun zəifləməsinə səbəb olur; ② Gərginlik Li+/Li ilə müqayisədə 4,4V-dən yüksək olduqda, üçlü materialın struktur dəyişikliyi tutumun azalmasına gətirib çıxarır; ③ Li-Ni qarışıq sıralar, Li+ kanallarının tıxanmasına səbəb olur.
LiMnO4 əsaslı litium-ion batareyalarda tutumun azalmasının əsas səbəbləri 1. geri dönməz faza və ya struktur dəyişiklikləri, məsələn, Jahn-Teller aberrasiyası; və 2. Mn-nin elektrolitdə həlli (elektrolitdə HF-nin olması), disproporsiya reaksiyaları və ya anodda azalma.
2.Mənfi elektrod materialları
Qrafitin anod tərəfində litium yağıntısının əmələ gəlməsi (litiumun bir hissəsi "ölü litium" olur və ya litium dendritləri əmələ gətirir), aşağı temperaturda litium ionunun diffuziyası asanlıqla yavaşlayır və litium yağıntısına səbəb olur və litium yağıntısı da baş verməyə meyllidir. N/P nisbəti çox aşağı olduqda.
Anod tərəfində SEI filminin təkrar məhv edilməsi və böyüməsi litiumun tükənməsinə və polarizasiyanın artmasına səbəb olur.
Silikon əsaslı anodda litiumun yerləşdirilməsi/de-litiumun çıxarılmasının təkrarlanan prosesi asanlıqla həcmin genişlənməsinə və silikon hissəciklərinin çatlamasına səbəb ola bilər. Buna görə də, silikon anod üçün onun həcminin genişlənməsini maneə törətmək üçün bir yol tapmaq xüsusilə vacibdir.
3. Elektrolit
Elektrolitdə tutumun pozulmasına səbəb olan amillərlitium-ion batareyalardaxildir:
1. Oksidləşmə potensialı Li+/Li ilə müqayisədə 5V-dən çox olduqda və ya reduksiya potensialı 0,8V-dən aşağı olduqda (müxtəlif elektrolit parçalanma gərginliyi) üzvi həlledicilər üçün həlledicilərin və elektrolitlərin parçalanması (ciddi nasazlıq və ya qaz hasilatı kimi təhlükəsizlik problemləri) müxtəlif), asanlıqla parçalanır. Elektrolit üçün (məsələn, LiPF6), zəif sabitliyə görə daha yüksək temperaturda (55 ℃-dən çox) parçalanmaq asandır;.
2. Dövrlərin sayı artdıqca, elektrolitlə müsbət və mənfi elektrodlar arasında reaksiya artır, kütlə ötürmə qabiliyyəti zəifləyir.
4. Diafraqma
Diafraqma elektronları blok edə və ionların ötürülməsini yerinə yetirə bilər. Bununla belə, diafraqmanın Li+ daşıma qabiliyyəti, diafraqma dəlikləri elektrolitin parçalanma məhsulları və s. ilə bağlandıqda və ya yüksək temperaturda diafraqma daraldıqda və ya diafraqma qocaldıqda azalır. Bundan əlavə, diafraqmanı deşərək daxili qısaqapanmaya səbəb olan litium dendritlərin əmələ gəlməsi onun uğursuzluğunun əsas səbəbidir.
5. Mayenin toplanması
Kollektora görə tutum itkisinin səbəbi ümumiyyətlə kollektorun korroziyasıdır. Mis mənfi kollektor kimi istifadə olunur, çünki yüksək potensiallarda oksidləşmək asandır, alüminium isə müsbət kollektor kimi istifadə olunur, çünki aşağı potensiallarda litium ilə litium-alüminium ərintisi yaratmaq asandır. Aşağı gərginlikdə (1,5V-ə qədər və aşağı, həddindən artıq boşalma) mis elektrolitdə Cu2+-a qədər oksidləşir və mənfi elektrodun səthində çökür, litiumun boşaldılmasına mane olur, nəticədə tutumun pozulması baş verir. Və müsbət tərəfi, həddindən artıq yüklənməsibatareyaalüminium kollektorunun çuxuruna səbəb olur, bu da daxili müqavimətin artmasına və tutumun pozulmasına səbəb olur.
6. Doldurma və boşalma amilləri
Həddindən artıq doldurma və boşalma çarpanları litium-ion batareyalarının tutumunun sürətlə azalmasına səbəb ola bilər. Doldurma/boşaltma çarpanının artması o deməkdir ki, batareyanın polarizasiya empedansı müvafiq olaraq artır və tutumun azalmasına səbəb olur. Bundan əlavə, yüksək çarpma sürətlərində doldurulması və boşaldılması nəticəsində yaranan diffuziya nəticəsində yaranan gərginlik katod aktiv materialının itirilməsinə və batareyanın sürətlə qocalmasına səbəb olur.
Batareyaların həddindən artıq doldurulması və boşaldılması halında, mənfi elektrod litium yağıntısına meyllidir, müsbət elektrod həddindən artıq litium çıxarma mexanizmi çökür və elektrolitin oksidləşdirici parçalanması (yan məhsulların və qaz istehsalının meydana gəlməsi) sürətlənir. Batareya həddindən artıq boşaldıqda, mis folqa əriməyə meyllidir (litiumun yerləşdirilməsinə mane olur və ya birbaşa mis dendritlər yaradır), tutumun azalmasına və ya batareyanın sıradan çıxmasına səbəb olur.
Doldurma strategiyasının tədqiqatları göstərdi ki, doldurma kəsmə gərginliyi 4V olduqda, doldurma kəsmə gərginliyinin müvafiq olaraq aşağı salınması (məsələn, 3.95V) batareyanın dövriyyə müddətini yaxşılaşdıra bilər. Batareyanı 100% SOC-a qədər sürətli doldurmağın 80% SOC-a qədər sürətli doldurmaqdan daha tez tükəndiyi də göstərildi. Bundan əlavə, Li et al. tapdı ki, pulsasiya şarj səmərəliliyini artıra bilsə də, batareyanın daxili müqaviməti əhəmiyyətli dərəcədə artacaq və mənfi elektrod aktiv materialının itkisi ciddidir.
7. Temperatur
Temperaturun tutumuna təsirilitium-ion batareyalardə çox vacibdir. Uzun müddət daha yüksək temperaturda işləyərkən, batareyanın daxilində yan reaksiyaların artması (məsələn, elektrolitin parçalanması) baş verir və bu, geri dönməz tutum itkisinə səbəb olur. Uzun müddət aşağı temperaturda işləyərkən, batareyanın ümumi empedansı artır (elektrolit keçiriciliyi azalır, SEI empedansı artır və elektrokimyəvi reaksiyaların sürəti azalır) və batareyadan litium çöküntüsü meydana gəlməyə meyllidir.
Yuxarıdakılar litium-ion batareya tutumunun azalmasının əsas səbəbidir, yuxarıdakı giriş vasitəsilə inanıram ki, siz litium-ion batareya tutumunun azalmasının səbəblərini başa düşdünüz.
Göndərmə vaxtı: 24 iyul 2023-cü il