Как увеличить срок службы литиевой батареи?

Батарея после некоторого времени использования становится не такой долговечной, как и ее емкость, а это означает, что срок службы батареи постоянно сокращается.

Фактически, уменьшение срока службы - это фактическая доступная емкость батареи в настоящее время по сравнению с ее номинальной емкостью при отправке с завода, что является изменяющейся тенденцией.

Для идеальной литий-ионной батареи баланс емкости не меняется в течение цикла, и начальная емкость в каждом цикле должна иметь определенное значение. Любая побочная реакция, которая может генерировать или потреблять ионы лития, может привести к изменению баланса емкости аккумулятора. Как только состояние баланса емкости аккумулятора изменяется, это изменение необратимо и может накапливаться в течение нескольких циклов, что оказывает серьезное влияние на производительность цикла аккумулятора.

На срок службы литий-ионных батарей влияет множество факторов, но основная причина в том, что количество ионов лития, участвующих в передаче энергии, уменьшается. Следует отметить, что общее количество лития в батарее не уменьшается, но становится меньше «активированных» ионов лития, которые ограничены в других местах или заблокированы в активных каналах, неспособных свободно участвовать в цикле зарядки и разрядка.

Итак, до тех пор, пока мы выясним, куда направляются все ионы лития, которые должны участвовать в реакции РЕДОКС, мы можем выяснить механизм снижения емкости и принять целевые меры, чтобы отсрочить тенденцию к снижению емкости литиевой батареи и увеличить срок службы. литиевой батареи.

1. Осаждение металлического лития

Основываясь на приведенном выше анализе, мы знаем, что в литий-ионных батареях не должно быть металлической формы лития. Литиевые элементы находятся либо в форме оксидов металлов и соединений углерода лития, либо в форме ионов.

Осаждение металлического лития обычно происходит на поверхности катода. По определенным причинам, когда ионы лития мигрируют к поверхности отрицательного электрода, некоторые ионы лития не попадают в активный материал отрицательного электрода с образованием стабильных соединений, а осаждаются на поверхности отрицательного электрода после получения электронов, превращаясь в литий. металл, и больше не участвуют в последующем циклическом процессе, что приводит к снижению производительности.

В этом случае причин несколько: зарядка выше напряжения отключения; Зарядка высокой мощности; Недостаточно материала анода. При перезарядке или недостаточном материале катода отрицательный электрод не может удерживать ионы лития, мигрировавшие из положительного электрода, что приводит к осаждению металлического лития. При зарядке с высокой скоростью количество ионов лития, достигающих отрицательного электрода за короткое время, слишком велико, что приводит к блокированию и отложению.

Осаждение металлического лития не только приведет к снижению срока службы, когда серьезное приведет к положительному и отрицательному короткому замыканию, вызывая серьезные проблемы с безопасностью.

Чтобы решить эту проблему, необходимо иметь разумное соотношение материалов анода и катода и строго ограничивать условия эксплуатации литиевых батарей, чтобы избежать превышения предела службы. Конечно, начиная с производительности умножителя, можно также локально увеличить срок службы цикла.

2. Разложение анодных материалов.

Оксиды металлического лития, как анодные материалы, обладают достаточной стабильностью. Однако они будут продолжать разлагаться при длительном использовании, производя некоторые электрохимические инертные вещества (такие как Co3O4, Mn2O3 и т. Д.) И некоторые горючие газы, что нарушит баланс емкости между электродами и вызовет необратимую потерю емкости.

Эта ситуация особенно очевидна в случае чрезмерной зарядки, иногда даже сильного разложения и выделения газа, которые не только влияют на емкость аккумулятора, но и создают серьезную угрозу безопасности.

Помимо строгого ограничения напряжения отключения при зарядке аккумулятора, улучшение химической и термической стабильности анодных материалов также является возможным методом снижения скорости снижения срока службы.

Пленка SEI на поверхности электрода

Как было сказано ранее, перед углеродными материалами в качестве анода литий-ионной батареи в процессе первичного контура электролит будет формировать слой твердого электролита на поверхности электродной пленки (SEI), различные материалы анода имеют некоторые различия, но состав пленки SEI в основном состоит из карбоната лития, алкиллития, гидроксида лития и т. д., конечно, есть продукты разложения солей, есть некоторые полимеры и т. д.

Пленка EI нестабильна и будет постоянно разрываться во время цикла, обнажая новую углеродную поверхность, а затем вступает в реакцию с электролитом с образованием новой пленки SEI, которая будет постоянно вызывать постоянную потерю ионов лития и электролита и приводить к снижению емкости аккумулятора. Пленка SEI имеет определенную толщину. Хотя ионы лития могут проникать внутрь, пленка SEI вызовет частичную блокировку диффузионного канала на поверхности отрицательного электрода, что не способствует диффузии ионов лития в материале отрицательного электрода, что также приведет к снижению емкости аккумулятора.

4. Электролитные эффекты

В непрерывном цикле из-за ограничения химической стабильности и термической стабильности электролиты будут непрерывно разлагаться и улетучиваться и накапливаться в течение длительного периода, что приводит к снижению общего количества электролитов, недостаточной инфильтрации материалов положительного и отрицательного электрода, неполной реакции зарядки и разрядки, а также снижение фактической емкости использования.

Электролит, содержащий активный водород и примеси ионов железа, натрия, алюминия, никеля и других металлов. Поскольку окислительный потенциал примесей, как правило, ниже, чем положительный потенциал литий-ионной батареи, легко окисляется на поверхности положительного электрода, оксид и восстановление отрицательного электрода, постоянное потребление положительных и отрицательных активных веществ, вызывая самооценку. -разряд, то есть в случае нештатного использования поменять разряд аккумулятора. Срок службы батареи определяется количеством циклов заряда и разряда, а электролит, содержащий примеси, напрямую влияет на количество циклов.

Электролит также содержит определенное количество воды, которая будет реагировать с LiFP6 в электролите с образованием LiF и HF, которые, в свою очередь, разрушают пленку SEI, генерируют больше LiF, вызывают осаждение LiF, постоянно потребляют активные ионы лития и уменьшают Срок службы батареи.

Из приведенного выше анализа видно, что электролит имеет очень важное влияние на срок службы литий-ионного аккумулятора. Выбор подходящего электролита может значительно продлить срок службы батареи.

5. Изоляционная мембрана заблокирована или повреждена.

Функция разделителя - разделить положительный и отрицательный электроды батареи и предотвратить короткое замыкание. Во время цикла литий-ионной батареи утечка и разрушение защитной пленки является одной из важных причин ухудшения характеристик батареи на раннем этапе ее работы. В основном это связано с отсутствием электрохимической стабильности и механических свойств самой изолирующей мембраны, а также с ухудшением проникновения электролита в изолирующую мембрану в процессе повторной зарядки. Из-за высыхания изолирующей пленки омическое сопротивление аккумулятора увеличивается, что приводит к закупорке каналов зарядки и разрядки, неполной зарядке и разрядке, емкость аккумулятора не может быть восстановлена до исходного состояния, что значительно снижает емкость аккумулятора и время обслуживания. жизнь.

6. Материал положительного и отрицательного электрода отваливается.

Является ли активным катодным материалом, нанесенным через клей и закрепленным в основе вышеупомянутого, в процессе длительного использования из-за разрушения клея и батареи из-за механической вибрации, является ли потеря активного материала катода в электролит раствор, это может привести к участию в электрохимической реакции сокращения активного материала, что снижает срок службы батареи.

Долговременная стабильность связующего и хорошие механические свойства батареи замедляют сокращение срока службы батареи.

7. Факторы внешнего использования

Литий-ионный аккумулятор имеет разумные условия и диапазон использования, такие как напряжение отключения заряда и разряда, коэффициент заряда и разряда, диапазон рабочих температур, диапазон температур хранения и так далее. Однако при фактическом использовании злоупотребления, выходящие за рамки допустимого, очень распространены. Длительное нерациональное использование приведет к необратимым химическим реакциям внутри батареи, повредит механизм батареи, ускорит старение батареи и вызовет быстрое сокращение срока службы. В серьезных случаях это также приведет к несчастным случаям, связанным с безопасностью.

Страница содержит содержимое машинного перевода.