متأثرًا بالدرجة الساخنة لسوق السيارات الكهربائية،بطاريات الليثيوم أيون، باعتبارها واحدة من المكونات الأساسية للسيارات الكهربائية، وقد تم التأكيد عليها إلى حد كبير. يلتزم الناس بتطوير بطارية ليثيوم أيون ذات عمر طويل وقوة عالية وأمان جيد. ومن بينها التخفيفبطارية ليثيوم أيونالقدرة تستحق اهتمام الجميع، فقط الفهم الكامل لأسباب توهين بطاريات الليثيوم أيون أو الآلية، من أجل التمكن من وصف الدواء المناسب لحل المشكلة، أن سعة بطاريات الليثيوم أيون هي السبب وراء ذلك. التوهين؟
أسباب تدهور قدرة بطاريات الليثيوم أيون
1. مادة القطب الإيجابي
LiCoO2 هو أحد مواد الكاثود شائعة الاستخدام (يتم استخدام فئة 3C على نطاق واسع، وتحمل بطاريات الطاقة بشكل أساسي فوسفات الحديد الثلاثي والليثيوم). مع زيادة عدد الدورات، يساهم فقدان أيونات الليثيوم النشطة بشكل أكبر في اضمحلال القدرة. بعد 200 دورة، لم يخضع LiCoO2 لمرحلة انتقالية، بل تغير في البنية الصفائحية، مما أدى إلى صعوبات في إزالة التضمين Li+.
يتمتع LiFePO4 باستقرار هيكلي جيد، لكن Fe3+ الموجود في الأنود يذوب ويتحول إلى معدن Fe على أنود الجرافيت، مما يؤدي إلى زيادة استقطاب الأنود. بشكل عام، يتم منع ذوبان Fe3+ عن طريق طلاء جزيئات LiFePO4 أو اختيار المنحل بالكهرباء.
المواد الثلاثية NCM ① من السهل أن تذوب أيونات المعادن الانتقالية في مادة كاثود أكسيد المعدن الانتقالي عند درجات حرارة عالية، وبالتالي تتحرر في المنحل بالكهرباء أو تترسب على الجانب السلبي مما يتسبب في توهين السعة؛ ② عندما يكون الجهد أعلى من 4.4 فولت مقابل Li+/Li، فإن التغيير الهيكلي للمادة الثلاثية يؤدي إلى تدهور القدرة؛ ③ صفوف مختلطة من Li-Ni، مما يؤدي إلى انسداد قنوات Li+.
الأسباب الرئيسية لتدهور القدرة في بطاريات الليثيوم أيون المعتمدة على LiMnO4 هي 1. الطور غير القابل للانعكاس أو التغيرات الهيكلية، مثل انحراف Jahn-Teller؛ و 2. ذوبان المنغنيز في المنحل بالكهرباء (وجود HF في المنحل بالكهرباء)، أو تفاعلات عدم التناسب، أو الاختزال عند القطب الموجب.
2. مواد القطب السلبي
توليد ترسيب الليثيوم على الجانب الأنود من الجرافيت (يصبح جزء من الليثيوم "ليثيوم ميت" أو يولد تشعبات الليثيوم)، عند درجات حرارة منخفضة، يتباطأ انتشار أيون الليثيوم بسهولة مما يؤدي إلى هطول الليثيوم، كما أن هطول الليثيوم معرض أيضًا لحدوث عندما تكون نسبة N/P منخفضة جدًا.
يؤدي التدمير المتكرر ونمو فيلم SEI على جانب الأنود إلى استنفاد الليثيوم وزيادة الاستقطاب.
يمكن أن تؤدي العملية المتكررة لتضمين الليثيوم/إزالة الليثيوم في الأنود القائم على السيليكون بسهولة إلى توسيع الحجم وفشل التشقق في جزيئات السيليكون. لذلك، بالنسبة لأنود السيليكون، من المهم بشكل خاص إيجاد طريقة لمنع توسع حجمه.
3. المنحل بالكهرباء
العوامل الموجودة في المنحل بالكهرباء التي تساهم في تدهور قدرةبطاريات الليثيوم أيونيشمل:
1. تحلل المذيبات والإلكتروليتات (فشل خطير أو مشاكل تتعلق بالسلامة مثل إنتاج الغاز)، بالنسبة للمذيبات العضوية، عندما تكون احتمالية الأكسدة أكبر من 5 فولت مقابل Li+/Li أو تكون إمكانية الاختزال أقل من 0.8 فولت (يوجد جهد تحلل إلكتروليت مختلف). مختلفة)، سهلة التحلل. بالنسبة للإلكتروليت (مثل LiPF6)، فمن السهل أن يتحلل عند درجة حرارة أعلى (أكثر من 55 درجة مئوية) بسبب ضعف الاستقرار؛.
2. مع زيادة عدد الدورات، يزداد التفاعل بين الإلكتروليت والأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، مما يؤدي إلى ضعف قدرة نقل الكتلة.
4. الحجاب الحاجز
يمكن للحجاب الحاجز أن يمنع الإلكترونات ويكمل نقل الأيونات. ومع ذلك، فإن قدرة الحجاب الحاجز على نقل Li+ تقل عندما يتم سد فتحات الحجاب الحاجز بواسطة منتجات تحلل الإلكتروليت، وما إلى ذلك، أو عندما ينكمش الحجاب الحاجز عند درجات حرارة عالية، أو عندما يتقدم عمر الحجاب الحاجز. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين تشعبات الليثيوم التي تخترق الحجاب الحاجز مما يؤدي إلى ماس كهربائي داخلي هو السبب الرئيسي لفشله.
5. جمع السوائل
سبب فقدان القدرة بسبب المجمع هو بشكل عام تآكل المجمع. يستخدم النحاس كمجمع سلبي لأنه من السهل أكسدته عند الإمكانات العالية، في حين يستخدم الألومنيوم كمجمع إيجابي لأنه من السهل تشكيل سبائك الليثيوم والألمنيوم مع الليثيوم عند الإمكانات المنخفضة. تحت الجهد المنخفض (منخفض يصل إلى 1.5 فولت أو أقل، الإفراط في التفريغ)، يتأكسد النحاس إلى Cu2+ في المنحل بالكهرباء ويترسب على سطح القطب السالب، مما يعيق إزالة تضمين الليثيوم، مما يؤدي إلى تدهور القدرة. وعلى الجانب الإيجابي، الشحن الزائدبطاريةيسبب تأليب مجمع الألمنيوم مما يؤدي إلى زيادة المقاومة الداخلية وتدهور القدرة.
6. عوامل الشحن والتفريغ
يمكن أن تؤدي مضاعفات الشحن والتفريغ المفرطة إلى تدهور سريع في قدرة بطاريات الليثيوم أيون. الزيادة في مضاعف الشحن/التفريغ تعني أن مقاومة استقطاب البطارية تزداد وفقًا لذلك، مما يؤدي إلى انخفاض السعة. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الضغط الناتج عن الانتشار الناتج عن الشحن والتفريغ بمعدلات مضاعفة عالية إلى فقدان المادة النشطة للكاثود وتسريع عمر البطارية.
في حالة الشحن الزائد والتفريغ الزائد للبطاريات، يكون القطب السالب عرضة لهطول الليثيوم، وتنهار آلية إزالة الليثيوم المفرط للقطب الموجب، ويتسارع التحلل التأكسدي للكهارل (حدوث المنتجات الثانوية وإنتاج الغاز). عندما يتم تفريغ البطارية بشكل زائد، تميل رقائق النحاس إلى الذوبان (إعاقة إزالة التضمين الليثيوم، أو توليد التشعبات النحاسية مباشرة)، مما يؤدي إلى تدهور القدرة أو فشل البطارية.
أظهرت دراسات استراتيجية الشحن أنه عندما يكون جهد قطع الشحن 4 فولت، فإن خفض جهد قطع الشحن بشكل مناسب (على سبيل المثال، 3.95 فولت) يمكن أن يحسن عمر دورة البطارية. لقد ثبت أيضًا أن الشحن السريع للبطارية إلى 100% SOC يتحلل بشكل أسرع من الشحن السريع إلى 80% SOC. وبالإضافة إلى ذلك، لي وآخرون. وجدت أنه على الرغم من أن النبض يمكن أن يحسن كفاءة الشحن، إلا أن المقاومة الداخلية للبطارية سترتفع بشكل كبير، وسيكون فقدان المادة النشطة للقطب السالب أمرًا خطيرًا.
7. درجة الحرارة
تأثير درجة الحرارة على قدرةبطاريات الليثيوم أيونهو أيضا مهم جدا. عند التشغيل في درجات حرارة أعلى لفترات طويلة من الزمن، هناك زيادة في التفاعلات الجانبية داخل البطارية (على سبيل المثال، تحلل المنحل بالكهرباء)، مما يؤدي إلى فقدان لا رجعة فيه للسعة. عند التشغيل في درجات حرارة منخفضة لفترات طويلة من الوقت، تزداد المعاوقة الإجمالية للبطارية (تقل موصلية الإلكتروليت، وتزداد مقاومة SEI، وينخفض معدل التفاعلات الكهروكيميائية)، ويكون هطول الليثيوم من البطارية عرضة للحدوث.
ما سبق هو السبب الرئيسي لتدهور قدرة بطارية الليثيوم أيون، من خلال المقدمة أعلاه أعتقد أن لديك فهمًا لأسباب تدهور سعة بطارية الليثيوم أيون.
وقت النشر: 24 يوليو 2023