Wie verbessern Sie die Lebensdauer von Lithiumbatterien?

Der akku wird nach einiger Zeit nicht mehr so langlebig, ebenso die Kapazität, was bedeutet, dass die Lebensdauer ständig verkürzt wird.

Die Abschwächung der Lebensdauer ist in der Tat die derzeit tatsächlich verfügbare Kapazität der Batterie im Verhältnis zu ihrer Nennkapazität beim Verlassen des Werks, ein sich ändernder Trend.

Bei einem idealen lithium-ionen-akku ändert sich das Kapazitätsgleichgewicht im Verlauf des Zyklus nicht, und die Anfangskapazität in jedem Zyklus sollte einen bestimmten Wert betragen. Jede Nebenreaktion, die Lithiumionen erzeugen oder verbrauchen kann, kann zu einer Änderung des Batteriekapazitätsgleichgewichts führen. Sobald sich der Zustand des Batteriekapazitätsausgleichs ändert, ist diese Änderung irreversibel und kann über mehrere Zyklen hinweg akkumuliert werden, was schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung des Batteriezyklus hat.

Es gibt viele Faktoren, die die Lebensdauer von lithium-ionen-batterien beeinflussen. Der Grund dafür ist jedoch, dass die Anzahl der an der Energieübertragung beteiligten Lithium-Ionen abnimmt. Es ist zu beachten, dass die Gesamtmenge an Lithium in der Batterie nicht abnimmt, es jedoch weniger "aktivierte" Lithiumionen gibt, die an anderen Stellen eingeschlossen oder in den aktiven Kanälen blockiert sind und nicht frei am Ladezyklus teilnehmen können Entladen.

Solange wir herausfinden, wohin alle Lithiumionen gehen, die an der REDOX-Reaktion beteiligt sein sollten, können wir den Mechanismus des Kapazitätsabfalls herausfinden und gezielte Maßnahmen ergreifen, um den Trend zum Kapazitätsabfall von Lithiumbatterien zu verzögern und die Lebensdauer zu verbessern von Lithiumbatterie.

1. Abscheidung von Lithiummetall

Basierend auf der obigen Analyse wissen wir, dass Lithiumionenbatterien keine Metallform von Lithium enthalten sollten. Lithiumelemente liegen entweder in Form von Metalloxiden und Lithiumkohlenstoffverbindungen oder in Form von Ionen vor.

Die Lithiummetallabscheidung erfolgt im Allgemeinen auf der Oberfläche der Kathode. Wenn Lithiumionen zur Oberfläche der negativen Elektrode wandern, treten aus bestimmten Gründen einige Lithiumionen nicht in das aktive Material der negativen Elektrode ein, um stabile Verbindungen zu bilden, sondern lagern sich auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab, nachdem sie Elektronen gewonnen haben, um Lithium zu werden Metall und nehmen nicht mehr am nachfolgenden Zyklusprozess teil, was zu einer Verringerung der Kapazität führt.

In diesem Fall gibt es mehrere Gründe: Laden über die Abschaltspannung; Hochleistungsladen; Unzureichendes Anodenmaterial. Wenn eine Überladung vorliegt oder das Kathodenmaterial nicht ausreicht, kann die negative Elektrode die von der positiven Elektrode migrierten Lithiumionen nicht halten, was zur Ablagerung von Lithiummetall führt. Beim Laden mit hoher Geschwindigkeit ist die Menge an Lithiumionen, die in kurzer Zeit die negative Elektrode erreicht, zu groß, was zu Blockierung und Ablagerung führt.

Die Ablagerung von Lithiummetall führt nicht nur zu einer Verkürzung der Lebensdauer, sondern auch zu einem positiven und negativen Kurzschluss, der schwerwiegende Sicherheitsprobleme verursacht.

Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, ein angemessenes Verhältnis von Anoden- und Kathodenmaterialien zu haben und die Betriebsbedingungen von Lithiumbatterien streng zu begrenzen, um ein Überschreiten der Betriebsgrenze zu vermeiden. Ausgehend von der Multiplikatorleistung kann natürlich auch die Lebensdauer lokal verbessert werden.

2. Zersetzung von Anodenmaterialien

Lithiummetalloxide als Anodenmaterialien weisen eine ausreichende Stabilität auf. Bei längerer Verwendung zersetzen sie sich jedoch weiter und produzieren einige elektrochemische inerte Substanzen (wie Co3O4, Mn2O3 usw.) und einige brennbare Gase, die das Kapazitätsgleichgewicht zwischen den Elektroden zerstören und einen irreversiblen Kapazitätsverlust verursachen.

Diese Situation ist besonders offensichtlich bei Überladung, manchmal sogar heftiger Zersetzung und Gasfreisetzung, die nicht nur die Batteriekapazität beeinträchtigen, sondern auch ernsthafte Sicherheitsrisiken verursachen.

Neben der strengen Begrenzung der Abschaltspannung beim Laden der Batterie ist die Verbesserung der chemischen und thermischen Stabilität von Anodenmaterialien auch eine praktikable Methode, um die Geschwindigkeit der Verkürzung der Zykluslebensdauer zu verringern.

SEI-Film auf der Elektrodenoberfläche

Vorher gesagt, vor den Kohlenstoffmaterialien als Anode der Lithiumionenbatterie bildet der Elektrolyt im Prozess der Primärschleife eine feste Elektrolytschicht auf der Oberfläche des Elektrodenfilms (SEI), verschiedene Anodenmaterialien weisen jedoch einige Unterschiede auf Die SEI-Filmzusammensetzung besteht hauptsächlich aus Lithiumcarbonat, Alkyllithium, Lithiumhydroxid usw. Natürlich gibt es Salzzersetzungsprodukte, einige Polymere usw.

Der EI-Film ist nicht stabil und bricht während des Zyklus ständig, um eine neue Kohlenstoffoberfläche freizulegen, und reagiert dann mit dem Elektrolyten, um einen neuen SEI-Film zu bilden, der kontinuierlich den kontinuierlichen Verlust von Lithiumionen und Elektrolyt verursacht und zu einer Verringerung der Batteriekapazität führt. SEI-Film hat eine bestimmte Dicke. Obwohl Lithiumionen eindringen können, verursacht der SEI-Film eine teilweise Blockierung des Diffusionskanals auf der Oberfläche der negativen Elektrode, was der Diffusion von Lithiumionen in das negative Elektrodenmaterial nicht förderlich ist, was auch zu einer Abnahme der Batteriekapazität führt.

4. Elektrolyteffekte

Im kontinuierlichen Zyklus zersetzen und verflüchtigen sich Elektrolyte aufgrund der Einschränkung der chemischen Stabilität und der thermischen Stabilität kontinuierlich und sammeln sich über einen langen Zeitraum an, was zu einer Verringerung der Gesamtelektrolytmenge, einer unzureichenden Infiltration positiver und negativer Elektrodenmaterialien, unvollständig führt Lade- und Entladereaktionen und eine Verringerung der tatsächlichen Nutzungskapazität.

Elektrolyt mit aktivem Wasserstoffmaterial und Eisen-, Natrium-, Aluminium-, Nickel- und anderen Metallionenverunreinigungen. Da das Oxidationspotential von Verunreinigungen im Allgemeinen niedriger ist als das positive Potential von Lithiumionenbatterien, leicht oxidierbar auf der Oberfläche der positiven Elektrode, dem Oxid und der Reduktion in der negativen Elektrode, verursacht der ständige Verbrauch von positiven und negativen Wirkstoffen Selbst -Entladung, dh im Falle einer abnormalen Verwendung zum Ändern der Batterieentladung. Die Batterielebensdauer wird durch die Anzahl der Lade- und Entladezyklen bestimmt, und der Elektrolyt, der Verunreinigungen enthält, wirkt sich direkt auf die Anzahl der Zyklen aus.

Der Elektrolyt enthält auch eine bestimmte Menge Wasser, das mit LiFP6 im Elektrolyten unter Bildung von LiF und HF reagiert, was wiederum den SEI-Film zerstört, mehr LiF erzeugt, LiF-Ablagerungen verursacht, die aktiven Lithiumionen ständig verbraucht und reduziert die Batterielebensdauer.

Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass Elektrolyt einen sehr wichtigen Einfluss auf die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie hat. Die Auswahl eines geeigneten Elektrolyten kann die Lebensdauer der Batterie erheblich verbessern.

5. Die Isolationsmembran ist blockiert oder beschädigt

Die Funktion des Separators besteht darin, die positiven und negativen Elektroden der Batterie zu trennen und einen Kurzschluss zu verhindern. Während des Zyklus der Li-Ionen-Batterie ist das Entleeren und Versagen des Barrierefilms einer der wichtigen Gründe für die Verschlechterung der frühen Leistung der Batterie. Dies ist hauptsächlich auf die mangelnde elektrochemische Stabilität und die mechanischen Eigenschaften der Isolationsmembran selbst sowie auf die Verschlechterung der Infiltration des Elektrolyten in die Isolationsmembran beim wiederholten Laden zurückzuführen. Aufgrund des Trocknens des Isolationsfilms steigt der ohmsche Widerstand der Batterie an, was zur Blockierung der Lade- und Entladekanäle, zum unvollständigen Laden und Entladen führt. Die Batteriekapazität kann nicht in den Ausgangszustand zurückversetzt werden, was die Batteriekapazität und den Betrieb erheblich verringert Leben.

6. Positive und negative Elektrodenmaterialien fallen ab

Ist das kathodenaktive Material, ist durch den Klebstoff und in der Basis des oben genannten fixiert, im Prozess der Langzeitanwendung, aufgrund des Versagens von Klebstoff und Batterie durch mechanische Vibration, ist der Kathodenaktivstoffverlust in den Elektrolyten Lösung kann es dazu führen, an der elektrochemischen Reaktion des aktiven Materials teilzunehmen, wobei die Lebensdauer der Batterie abnimmt.

Die Langzeitstabilität des Bindemittels und die guten mechanischen Eigenschaften der Batterie verlangsamen den Rückgang der Batterielebensdauer.

7. Externe Nutzungsfaktoren

lithium-ionen-akkus haben einen angemessenen Verwendungszustand und -bereich, wie z. B. die Abschalt- und Entlade-Abschaltspannung, das Lade- und Entladeverhältnis, den Arbeitstemperaturbereich, den Lagertemperaturbereich usw. Bei der tatsächlichen Verwendung ist jedoch ein Missbrauch, der über den zulässigen Umfang hinausgeht, sehr häufig. Eine langfristige irrationale Verwendung führt zu irreversiblen chemischen Reaktionen in der Batterie, beschädigt den Batteriemechanismus, beschleunigt die Alterung der Batterie und führt zu einer raschen Verkürzung der Lebensdauer. In schweren Fällen führt dies auch zu Sicherheitsunfällen.

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