1. Analyse van de capaciteitsvermindering van lithium-ionbatterijen

Positieve en negatieve elektroden, elektrolyten en diafragma's zijn belangrijke componenten van lithium-ionbatterijen. De positieve en negatieve elektroden van lithium-ionbatterijen ondergaan respectievelijk lithium-inbreng- en extractiereacties, en de hoeveelheid lithium die in de positieve en negatieve elektroden wordt ingebracht, wordt de belangrijkste factor die de capaciteit van lithium-ionbatterijen beïnvloedt. Daarom moet het evenwicht tussen de positieve en negatieve elektrodecapaciteiten van lithium-ionbatterijen worden gehandhaafd om ervoor te zorgen dat de batterij optimale prestaties levert.

2. Overbelasting

2.1 Overbelastingsreactie van de negatieve elektrode Er zijn veel soorten actieve materialen die kunnen worden gebruikt als negatieve elektroden van lithium-ionbatterijen, met op koolstof gebaseerde negatieve elektrodematerialen, op silicium gebaseerde, op tin gebaseerde negatieve elektrodematerialen, lithiumtitanaat negatieve elektrodematerialen, enz. als de belangrijkste materialen. Verschillende soorten koolstofmaterialen hebben verschillende elektrochemische eigenschappen. Onder hen heeft grafiet de voordelen van hoge geleidbaarheid, uitstekende gelaagde structuur en hoge kristalliniteit, wat meer geschikt is voor het inbrengen en extraheren van lithium. Tegelijkertijd zijn grafietmaterialen betaalbaar en hebben ze een grote voorraad, dus worden ze veel gebruikt.

Wanneer een lithium-ionbatterij voor de eerste keer wordt opgeladen en ontladen, zullen oplosmiddelmoleculen op het grafietoppervlak uiteenvallen en een passivatiefilm vormen die SEI wordt genoemd. Deze reactie veroorzaakt capaciteitsverlies van de batterij en is een onomkeerbaar proces. Tijdens het overlaadproces van een lithium-ionbatterij zal metaallithiumafzetting plaatsvinden op het negatieve elektrodeoppervlak. Deze situatie kan zich voordoen wanneer het actieve materiaal van de positieve elektrode excessief is ten opzichte van het actieve materiaal van de negatieve elektrode. Tegelijkertijd kan de afzetting van metaallithium ook optreden onder omstandigheden met hoge snelheid.

Over het algemeen omvatten de redenen voor de vorming van metaallithium, die leidt tot de verandering in het verval van de capaciteit van lithiumbatterijen, voornamelijk de volgende aspecten: ten eerste leidt het tot een afname van de hoeveelheid lithium in de bloedsomloop in de batterij; ten tweede reageert metaallithium met elektrolyten of oplosmiddelen om andere bijproducten te vormen; ten derde wordt metaallithium voornamelijk afgezet tussen de negatieve elektrode en het diafragma, waardoor de poriën van het diafragma verstopt raken, wat resulteert in een toename van de interne weerstand van de batterij. Het beïnvloedende mechanisme van het verval van de capaciteit van lithium-ionbatterijen varieert afhankelijk van het grafietmateriaal. Natuurlijk grafiet heeft een hoog specifiek oppervlak, dus de zelfontladingsreactie zal capaciteitsverlies van de lithiumbatterij veroorzaken, en de elektrochemische reactie-impedantie van natuurlijk grafiet als negatieve elektrode van de batterij is ook hoger dan die van kunstgrafiet. Bovendien zijn factoren zoals de dissociatie van de gelaagde structuur met negatieve elektrodes tijdens de cyclus, de verspreiding van het geleidende middel tijdens de productie van het poolstuk en de toename van de impedantie van de elektrochemische reactie tijdens opslag allemaal belangrijke factoren die leiden tot tot het verlies van de capaciteit van de lithiumbatterij.

2.2 Positieve overbelastingsreactie van de elektrode Positieve overbelasting van de elektrode treedt voornamelijk op wanneer het aandeel positief elektrodemateriaal te laag is, wat resulteert in een onbalans in de capaciteit tussen de elektroden, wat onomkeerbaar verlies van de capaciteit van de lithiumbatterij veroorzaakt, en de coëxistentie en voortdurende accumulatie van zuurstof en brandbare stoffen. Gassen die worden ontleed uit het positieve elektrodemateriaal en de elektrolyt kunnen veiligheidsrisico's met zich meebrengen bij het gebruik van lithiumbatterijen.

2.3 Elektrolyt reageert op hoge spanning Als de laadspanning van de lithiumbatterij te hoog is, zal de elektrolyt een oxidatiereactie ondergaan en enkele bijproducten genereren, die de microporiën van de elektrode zullen blokkeren en de migratie van lithiumionen zullen belemmeren, waardoor de cyclus ontstaat. vermogen om te vergaan. De veranderingstrend van de elektrolytconcentratie en de stabiliteit van de elektrolyt is omgekeerd evenredig. Hoe hoger de elektrolytconcentratie, hoe lager de elektrolytstabiliteit, wat op zijn beurt de capaciteit van de lithium-ionbatterij beïnvloedt. Tijdens het laadproces wordt de elektrolyt tot op zekere hoogte verbruikt. Daarom moet het tijdens de montage worden aangevuld, wat resulteert in een vermindering van de actieve materialen in de batterij en die de initiële capaciteit van de batterij beïnvloedt.

3. Ontleding van elektrolyt De elektrolyt omvat elektrolyten, oplosmiddelen en additieven, en de eigenschappen ervan zullen de levensduur, de specifieke capaciteit, de laad- en ontladingsprestaties en de veiligheidsprestaties van de batterij beïnvloeden. Door de ontleding van elektrolyten en oplosmiddelen in de elektrolyt gaat de batterijcapaciteit verloren. Tijdens het eerste opladen en ontladen zal de vorming van een SEI-film op het oppervlak van de negatieve elektrode door oplosmiddelen en andere stoffen onomkeerbaar capaciteitsverlies veroorzaken, maar dit is onvermijdelijk. Als er onzuiverheden zoals water of waterstoffluoride in de elektrolyt zitten, kan de elektrolyt LiPF6 bij hoge temperaturen ontleden en zullen de gegenereerde producten reageren met het positieve elektrodemateriaal, waardoor de capaciteit van de batterij wordt aangetast. Tegelijkertijd zullen sommige producten ook reageren met het oplosmiddel en de stabiliteit van de SEI-film op het oppervlak van de negatieve elektrode beïnvloeden, waardoor de prestaties van de lithium-ionbatterij afnemen. Als de producten van de ontleding van de elektrolyt niet compatibel zijn met de elektrolyt, zullen ze bovendien de positieve elektrodeporiën blokkeren tijdens het migratieproces, wat resulteert in een afname van de batterijcapaciteit. Over het algemeen zijn het optreden van nevenreacties tussen de elektrolyt en de positieve en negatieve elektroden van de batterij, evenals de gegenereerde bijproducten, de belangrijkste factoren die het verval van de batterijcapaciteit veroorzaken.

4. Zelfontlading Lithium-ionbatterijen ervaren doorgaans capaciteitsverlies, een proces dat zelfontlading wordt genoemd en dat is onderverdeeld in omkeerbaar capaciteitsverlies en onomkeerbaar capaciteitsverlies. De oxidatiesnelheid van het oplosmiddel heeft een directe invloed op de zelfontladingssnelheid. De positieve en negatieve actieve materialen kunnen tijdens het oplaadproces met de opgeloste stof reageren, wat resulteert in een onbalans in de capaciteit en een onomkeerbare verzwakking van de migratie van lithiumionen. Daarom kan worden gezien dat het verkleinen van het oppervlak van het actieve materiaal het capaciteitsverlies kan verminderen, en dat de ontleding van het oplosmiddel de houdbaarheid van de batterij zal beïnvloeden. Bovendien kan membraanlekkage ook tot capaciteitsverlies leiden, maar deze kans is klein. Als het zelfontladingsfenomeen lange tijd bestaat, zal dit leiden tot de afzetting van metallisch lithium en verder tot de verzwakking van de positieve en negatieve elektrodecapaciteiten.

5. Instabiliteit van de elektroden Tijdens het laadproces is het actieve materiaal van de positieve elektrode van de accu onstabiel, waardoor dit zal reageren met de elektrolyt en de capaciteit van de accu zal beïnvloeden. Onder hen zijn structurele defecten van het positieve elektrodemateriaal, een overmatig oplaadpotentieel en het roetgehalte de belangrijkste factoren die de batterijcapaciteit beïnvloeden.