Электр унаа рыногунун ысык даражасынын таасири астында,литий-иондук батарейкалар, электр унаалардын негизги компоненттеринин бири катары, абдан көп басым жасалган. Адамдар узак өмүр, жогорку күч, жакшы коопсуздук литий-иондук батареяны иштеп чыгууга умтулушат. Алардын арасында, жумшартуулитий-иондук батарейкакубаттуулугу ар бир адамдын көңүлүн бурууга татыктуу, литий-иондук батарейкалардын же механизмдин начарлашынын себептерин толук түшүнүү, көйгөйдү чечүү үчүн туура дары-дармекти жазып алуу үчүн, литий-иондук батареялардын сыйымдуулугу эмне үчүн басаңдатуу?
Литий-иондук батарейкалардын кубаттуулугунун начарлашынын себептери
1. Позитивдүү электрод материалы
LiCoO2 көп колдонулган катоддук материалдардын бири болуп саналат (3С категориясы кеңири колдонулат, ал эми кубаттуу батареялар негизинен үчтүк жана литий темир фосфаттарын алып жүрүшөт). Циклдердин саны көбөйгөн сайын, активдүү литий иондорун жоготуу кубаттуулуктун бузулушуна көбүрөөк салым кошот. 200 циклден кийин LiCoO2 фазалык өтүүгө дуушар болгон жок, тескерисинче, пластинкалуу түзүлүштүн өзгөрүшүнө алып келип, Li+ де-киргизүүдө кыйынчылыктарга алып келди.
LiFePO4 жакшы структуралык туруктуулукка ээ, бирок аноддогу Fe3+ эрийт жана графит анодунда Fe металлына чейин төмөндөйт, аноддун поляризациясын жогорулатат. Негизинен Fe3+ эрүү LiFePO4 бөлүкчөлөрүн каптоо же электролит тандоо менен алдын алат.
NCM үчтүк материалдар ① өткөөл металлдын оксидинин катоддук материалындагы өткөөл металл иондору жогорку температурада оңой эрийт, ошентип электролитте бошонуп же терс жагына жайгашып, кубаттуулуктун начарлашына алып келет; ② чыңалуу Li+/Li каршы 4.4V жогору болгондо, үчтүк материалдын структуралык өзгөрүшү кубаттуулугу начарлашына алып келет; ③ Li-Ni аралаш саптары, Li+ каналдарынын бөгөлүшүнө алып келет.
LiMnO4 негизиндеги литий-иондук батарейкалардагы кубаттуулуктун начарлашынын негизги себептери болуп 1. кайтпас фаза же структуралык өзгөрүүлөр, мисалы, Джан-Теллер аберрациясы; жана 2. электролитте Mn эритүү (электролитте HF болушу), диспропорциялоо реакциялары же аноддо калыбына келтирүү.
2.Терс электрод материалдары
Графиттин аноддук тарабында литий чөгүнүн пайда болушу (литийдин бир бөлүгү "өлүк литийге" айланат же литий дендриттерин пайда кылат), төмөн температурада литий ионунун диффузиясы литийдин чөгүшүнө алып баруучу жай жайлайт жана литийдин чөгүшү да пайда болот. N/P катышы өтө төмөн болгондо.
Анод тарабында SEI пленкасынын кайра-кайра бузулушу жана өсүшү литийдин азайышына жана поляризациянын жогорулашына алып келет.
Кремний негизиндеги аноддо литийди кыстаруу/де-литийди жок кылуунун кайталанган процесси көлөмдүн кеңейишине жана кремний бөлүкчөлөрүнүн жаракасынын бузулушуна алып келиши мүмкүн. Ошондуктан, кремний аноду үчүн, анын көлөмүнүн кеңейүүсүнө бөгөт коюу жолун табуу өзгөчө маанилүү болуп саналат.
3. Электролит
Электролиттин кубаттуулугунун начарлашына көмөктөшүүчү факторлорлитий-иондук батарейкаларкамтыйт:
1. Эриткичтердин жана электролиттердин ажыроосу (органикалык эриткичтер үчүн олуттуу иштен чыгуу же коопсуздук көйгөйлөрү), кычкылдануу потенциалы Li+/Liге каршы 5Вдан жогору болгондо же калыбына келтирүү потенциалы 0,8Vдан төмөн болгондо (ар кандай электролиттин ажыроо чыңалуусу ар түрдүү), ыдыратуу оңой. Электролит үчүн (мисалы, LiPF6), туруктуулугу начар болгондуктан, жогорку температурада (55 ℃ден жогору) чиритүү оңой;
2. Циклдердин саны көбөйгөн сайын электролит менен оң жана терс электроддор арасындагы реакция күчөп, масса өткөрүү жөндөмдүүлүгү начарлайт.
4. Диафрагма
Диафрагма электрондорду бөгөттөп, иондордун өткөрүлүшүн аткара алат. Бирок, диафрагманын Li+ ташуу жөндөмдүүлүгү диафрагма тешиктери электролиттин ажыроо продуктылары жана башкалар менен жабылганда же диафрагма жогорку температурада кичирейгенде, же диафрагма карыганда төмөндөйт. Мындан тышкары, диафрагманы тешип өткөн литий дендриттеринин пайда болушу ички кыска туташууларга алып келүүчү анын иштебей калышынын негизги себеби болуп саналат.
5. Суюктукту чогултуу
Коллектордун кубаттуулугун жоготуунун себеби көбүнчө коллектордун коррозиясы болуп саналат. Терс коллектор катары жез колдонулат, анткени жогорку потенциалдарда кычкылдануу оңой, ал эми алюминий оң коллектор катары колдонулат, анткени аз потенциалда литий менен литий-алюминий эритмесин түзүүгө оңой. Төмөн чыңалууда (1,5V жана андан төмөн, ашыкча разрядда) жез электролитте Cu2+ чейин кычкылданат жана терс электроддун бетине топтолот, бул литийдин де-киргизилишине тоскоол болуп, кубаттуулуктун начарлашына алып келет. Ал эми оң жагы, ашыкча заряддообатареяалюминий коллекторунун чуңкурларын пайда кылат, бул ички каршылыктын жогорулашына жана кубаттуулуктун начарлашына алып келет.
6. Заряддоо жана разряд факторлору
Ашыкча заряддын жана разряддын көбөйткүчтөрү литий-иондук батарейкалардын кубаттуулугун тездетүүгө алып келиши мүмкүн. Заряддоо/разряддын мультипликаторунун көбөйүшү батареянын поляризациялык импедансы ошого жараша жогорулап, кубаттуулуктун азайышына алып келет дегенди билдирет. Кошумчалай кетсек, жогорку көбөйүү ылдамдыгы менен заряддоо жана разряддоо аркылуу пайда болгон диффузиядан келип чыккан стресс катоддук активдүү материалдын жоголушуна жана батареянын тезирээк эскиришине алып келет.
Батареялар ашыкча заряддалган жана ашыкча заряддалган учурда, терс электрод литийдин чөгүшүнө жакын болот, оң электрод ашыкча литийди алып салуу механизми кыйрап, электролиттин кычкылдануу ажыроосу (кошумча продуктулардын жана газдын пайда болушу) тездейт. Батарея ашыкча зарядсызданганда, жез фольга ээрийт (литийдин орнотулушуна тоскоол болот же жез дендриттерин түз жаратып), кубаттуулуктун начарлашына же батареянын иштебей калышына алып келет.
Заряддоо стратегиясын изилдөөлөр көрсөткөндөй, кубаттоо чыңалуусу 4V болгондо, кубаттоонун өчүрүү чыңалуусун тийиштүү түрдө төмөндөтүү (мисалы, 3,95V) батареянын иштөө мөөнөтүн жакшыртышы мүмкүн. Батареяны 100% SOCга чейин тез кубаттоо 80% SOC чейин тез кубаттоого караганда тезирээк чирите турганы да көрсөтүлгөн. Мындан тышкары, Ли жана башкалар. импульс кубаттоо эффективдүүлүгүн жакшыртса да, батарейканын ички каршылыгы бир топ жогорулап, терс электроддун активдүү материалын жоготуу олуттуу экенин аныктады.
7. Температура
нын кубаттуулугуна температуранын таасирилитий-иондук батарейкаларда абдан маанилүү. Узак убакыт бою жогорку температурада иштегенде аккумулятордун ичиндеги терс реакциялардын көбөйүшү (мисалы, электролиттин ыдырашы), кубаттуулуктун кайтарылгыс жоголушуна алып келет. Төмөнкү температурада узак убакыт бою иштегенде аккумулятордун жалпы импедансы көбөйөт (электролит өткөргүчтүгү төмөндөйт, SEI импеданс жогорулайт жана электрохимиялык реакциялардын ылдамдыгы төмөндөйт), ал эми батареядан литийдин тумшугу пайда болот.
Жогорудагылар литий-иондук батарейканын кубаттуулугунун начарлашынын негизги себеби болуп саналат, жогорудагы кириш сөз аркылуу сиз литий-иондук батарейканын сыйымдуулугунун начарлашынын себептерин түшүндүңүз деп ойлойм.
Посттун убактысы: 24-июль 2023-ж