จากอิทธิพลของตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ร้อนแรงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของยานยนต์ไฟฟ้าได้รับการเน้นย้ำเป็นอย่างมากผู้คนมุ่งมั่นที่จะพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอายุการใช้งานยาวนาน กำลังสูง และมีความปลอดภัยที่ดีในหมู่พวกเขาการลดทอนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความจุมีค่ามากสำหรับความสนใจของทุกคน เพียงความเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงเหตุผลในการลดทอนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือกลไก เพื่อที่จะสามารถกำหนดยาที่เหมาะสมในการแก้ปัญหา ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนว่าทำไม การลดทอน?
สาเหตุของการลดความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
1. วัสดุอิเล็กโทรดบวก
LiCoO2 เป็นหนึ่งในวัสดุแคโทดที่ใช้กันทั่วไป (ประเภท 3C มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และแบตเตอรี่พลังงานโดยทั่วไปจะมีไตรภาคและลิเธียมเหล็กฟอสเฟต)เมื่อจำนวนรอบเพิ่มขึ้น การสูญเสียลิเธียมไอออนที่ใช้งานอยู่จะส่งผลให้กำลังการผลิตลดลงมากขึ้นหลังจากผ่านไป 200 รอบ LiCoO2 จะไม่ผ่านการเปลี่ยนเฟส แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างลาเมลลาร์ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาในการดีฝัง Li+
LiFePO4 มีความเสถียรทางโครงสร้างที่ดี แต่ Fe3+ ในขั้วบวกจะละลายและลดลงเหลือโลหะ Fe บนขั้วบวกกราไฟท์ ส่งผลให้ขั้วขั้วบวกเพิ่มขึ้นโดยทั่วไปการละลาย Fe3+ จะถูกป้องกันโดยการเคลือบอนุภาค LiFePO4 หรือการเลือกใช้อิเล็กโทรไลต์
วัสดุที่ประกอบไปด้วย NCM 1 ไอออนของโลหะทรานซิชันในวัสดุแคโทดออกไซด์ของโลหะทรานซิชันนั้นละลายได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง จึงหลุดออกจากอิเล็กโทรไลต์หรือสะสมตัวที่ด้านลบ ส่งผลให้ความจุลดลง2 เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 4.4V เทียบกับ Li+/Li การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุแบบไตรภาคจะทำให้ความจุลดลง3 แถวผสม Li-Ni นำไปสู่การอุดตันของช่อง Li+
สาเหตุหลักของการลดความจุในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ LiMnO4 คือ 1. เฟสหรือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เช่น ความคลาดเคลื่อนของ Jahn-Teller;และ 2. การละลายของ Mn ในอิเล็กโทรไลต์ (มี HF ในอิเล็กโทรไลต์) ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน หรือการลดลงที่ขั้วบวก
2. วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ
การสร้างการตกตะกอนของลิเธียมที่ด้านแอโนดของกราไฟท์ (ส่วนหนึ่งของลิเธียมกลายเป็น "ลิเธียมที่ตายแล้ว" หรือสร้างลิเธียมเดนไดรต์) ที่อุณหภูมิต่ำ การแพร่กระจายของลิเธียมไอออนจะช้าลงอย่างง่ายดายนำไปสู่การตกตะกอนของลิเธียม และการตกตะกอนของลิเธียมก็มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเช่นกัน เมื่ออัตราส่วน N/P ต่ำเกินไป
การทำลายและการเติบโตของฟิล์ม SEI ที่ด้านแอโนดซ้ำแล้วซ้ำเล่าทำให้ลิเธียมหมดสิ้นและโพลาไรเซชันที่เพิ่มขึ้น
กระบวนการซ้ำของการฝังลิเธียม/การกำจัดลิเธียมในขั้วบวกที่ใช้ซิลิคอนสามารถนำไปสู่การขยายตัวของปริมาตรและความล้มเหลวในการแตกร้าวของอนุภาคซิลิคอนได้อย่างง่ายดายดังนั้น สำหรับซิลิคอนแอโนด จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องหาวิธียับยั้งการขยายตัวของปริมาตร
3.อิเล็กโทรไลต์
ปัจจัยในอิเล็กโทรไลต์ที่มีส่วนทำให้ความจุลดลงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรวม:
1. การสลายตัวของตัวทำละลายและอิเล็กโทรไลต์ (ความล้มเหลวร้ายแรงหรือปัญหาด้านความปลอดภัย เช่น การผลิตก๊าซ) สำหรับตัวทำละลายอินทรีย์ เมื่อศักยภาพในการออกซิเดชันมากกว่า 5V เทียบกับ Li+/Li หรือศักยภาพในการลดต่ำกว่า 0.8V (แรงดันไฟฟ้าในการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ต่างกันคือ ที่แตกต่างกัน) ย่อยสลายได้ง่ายสำหรับอิเล็กโทรไลต์ (เช่น LiPF6) ง่ายต่อการสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า (มากกว่า 55°C) เนื่องจากความเสถียรไม่ดี
2. เมื่อจำนวนรอบเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับอิเล็กโทรดบวกและลบจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการถ่ายโอนมวลลดลง
4.ไดอะแฟรม
ไดอะแฟรมสามารถปิดกั้นอิเล็กตรอนและทำหน้าที่ส่งไอออนได้อย่างไรก็ตาม ความสามารถของไดอะแฟรมในการลำเลียง Li+ จะลดลงเมื่อรูไดอะแฟรมถูกปิดกั้นโดยผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ หรือเมื่อไดอะแฟรมหดตัวที่อุณหภูมิสูง หรือเมื่อไดอะแฟรมมีอายุมากขึ้นนอกจากนี้ การก่อตัวของลิเธียมเดนไดรต์ที่เจาะไดอะแฟรมซึ่งนำไปสู่การลัดวงจรภายในเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลว
5. รวบรวมของเหลว
สาเหตุของการสูญเสียกำลังการผลิตเนื่องจากตัวสะสมโดยทั่วไปคือการกัดกร่อนของตัวสะสมทองแดงถูกใช้เป็นตัวสะสมประจุลบเนื่องจากสามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายที่มีศักยภาพสูง ในขณะที่อลูมิเนียมถูกใช้เป็นตัวสะสมประจุบวกเนื่องจากสามารถสร้างโลหะผสมลิเธียมอลูมิเนียมได้ง่ายโดยมีลิเธียมที่มีศักยภาพต่ำภายใต้แรงดันไฟฟ้าต่ำ (ต่ำเพียง 1.5V และต่ำกว่า การคายประจุมากเกินไป) ทองแดงจะออกซิไดซ์เป็น Cu2+ ในอิเล็กโทรไลต์และสะสมอยู่บนพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบ ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการดีเอ็มบีของลิเธียม ส่งผลให้ความจุลดลงและในด้านบวก การชาร์จไฟมากเกินไปแบตเตอรี่ทำให้เกิดการเป็นหลุมของตัวสะสมอะลูมิเนียม ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานภายในและการเสื่อมสภาพของความจุเพิ่มขึ้น
6. ปัจจัยการชาร์จและการคายประจุ
ตัวคูณการชาร์จและการคายประจุที่มากเกินไปอาจทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสื่อมเร็วขึ้นการเพิ่มตัวคูณการชาร์จ/คายประจุหมายความว่าความต้านทานโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ส่งผลให้ความจุลดลงนอกจากนี้ ความเครียดที่เกิดจากการแพร่กระจายที่เกิดจากการชาร์จและการคายประจุที่อัตราการคูณสูง ส่งผลให้สูญเสียสารออกฤทธิ์ที่เป็นแคโทด และเร่งอายุของแบตเตอรี่
ในกรณีของการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไปและการคายประจุมากเกินไป อิเล็กโทรดเชิงลบมีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอนของลิเธียม กลไกการกำจัดลิเธียมที่มากเกินไปของอิเล็กโทรดบวกจะพังทลายลง และการสลายตัวแบบออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์ (การเกิดผลพลอยได้และการผลิตก๊าซ) จะถูกเร่งให้เร็วขึ้นเมื่อแบตเตอรี่คายประจุมากเกินไป ฟอยล์ทองแดงมีแนวโน้มที่จะละลาย (ขัดขวางการถอดลิเธียมออก หรือสร้างเดนไดรต์ทองแดงโดยตรง) ส่งผลให้ความจุลดลงหรือแบตเตอรี่ขัดข้อง
การศึกษากลยุทธ์การชาร์จแสดงให้เห็นว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จเป็น 4V การลดแรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จอย่างเหมาะสม (เช่น 3.95V) สามารถปรับปรุงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วถึง 100% SOC จะลดลงเร็วกว่าการชาร์จอย่างรวดเร็วถึง 80% SOCนอกจากนี้ หลี่และคณะพบว่าแม้ว่าการเต้นเป็นจังหวะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จได้ แต่ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และการสูญเสียวัสดุที่ใช้งานขั้วลบนั้นร้ายแรง
7.อุณหภูมิ
ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็มีความสำคัญมากเช่นกันเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นเป็นระยะเวลานาน จะเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น (เช่น การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์) ส่งผลให้ความจุลดลงอย่างถาวรเมื่อทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าเป็นเวลานาน ความต้านทานรวมของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น (ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ลดลง ความต้านทาน SEI เพิ่มขึ้น และอัตราของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าลดลง) และมีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอนของลิเธียมจากแบตเตอรี่
ข้างต้นเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลง ตามคำแนะนำข้างต้น ผมเชื่อว่าคุณมีความเข้าใจถึงสาเหตุของการเสื่อมสภาพของความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
เวลาโพสต์: Jul-24-2023