Influencé par le degré élevé du marché des véhicules électriques,batteries lithium-ion, en tant que l'un des composants essentiels des véhicules électriques, a été largement souligné.Les gens s’engagent à développer une batterie lithium-ion longue durée, haute puissance et bonne sécurité.Parmi eux, l'atténuation deBatterie aux ions lithiumLa capacité est très digne de l'attention de tous, seulement une compréhension complète des raisons de l'atténuation des batteries lithium-ion ou du mécanisme, afin de pouvoir prescrire le bon médicament pour résoudre le problème, cette capacité des batteries lithium-ion pourquoi le atténuation?
Raisons de la dégradation de la capacité des batteries lithium-ion
1. Matériau d'électrode positif
LiCoO2 est l'un des matériaux cathodiques couramment utilisés (la catégorie 3C est largement utilisée et les batteries de puissance contiennent essentiellement du phosphate de fer ternaire et de lithium).À mesure que le nombre de cycles augmente, la perte d’ions lithium actifs contribue davantage à la diminution de la capacité.Après 200 cycles, LiCoO2 n'a pas subi de transition de phase, mais plutôt un changement dans la structure lamellaire, conduisant à des difficultés de désenrobage du Li+.
LiFePO4 a une bonne stabilité structurelle, mais le Fe3+ dans l'anode se dissout et se réduit en Fe métallique sur l'anode en graphite, ce qui entraîne une polarisation accrue de l'anode.Généralement la dissolution du Fe3+ est empêchée par l'enrobage de particules de LiFePO4 ou le choix de l'électrolyte.
Matériaux ternaires NCM ① Les ions de métaux de transition dans le matériau de cathode d'oxyde de métal de transition sont faciles à dissoudre à haute température, se libérant ainsi dans l'électrolyte ou se déposant sur le côté négatif provoquant une atténuation de capacité ;② Lorsque la tension est supérieure à 4,4 V par rapport à Li+/Li, le changement structurel du matériau ternaire entraîne une dégradation de la capacité ;③ Rangées mixtes Li-Ni, conduisant au blocage des canaux Li+.
Les principales causes de dégradation de la capacité des batteries lithium-ion à base de LiMnO4 sont 1. des changements de phase ou structurels irréversibles, tels que l'aberration de Jahn-Teller ;et 2. dissolution du Mn dans l'électrolyte (présence de HF dans l'électrolyte), réactions de dismutation ou réduction à l'anode.
2. Matériaux d'électrodes négatives
La génération de précipitation de lithium du côté anode du graphite (une partie du lithium devient du « lithium mort » ou génère des dendrites de lithium), à basse température, la diffusion des ions lithium ralentit facilement, conduisant à une précipitation de lithium, et une précipitation de lithium est également susceptible de se produire. lorsque le rapport N/P est trop faible.
La destruction et la croissance répétées du film SEI du côté de l'anode entraînent un épuisement du lithium et une polarisation accrue.
Le processus répété d’incorporation/élimination du lithium dans l’anode à base de silicium peut facilement conduire à une expansion du volume et à une rupture par fissure des particules de silicium.Par conséquent, pour l’anode en silicium, il est particulièrement essentiel de trouver un moyen d’inhiber son expansion volumique.
3.Électrolyte
Facteurs présents dans l'électrolyte qui contribuent à la dégradation de la capacité debatteries lithium-ioninclure:
1. Décomposition des solvants et des électrolytes (défaillance grave ou problèmes de sécurité tels que la production de gaz), pour les solvants organiques, lorsque le potentiel d'oxydation est supérieur à 5 V par rapport à Li+/Li ou que le potentiel de réduction est inférieur à 0,8 V (une tension de décomposition de l'électrolyte différente est différent), facile à décomposer.Pour l'électrolyte (par exemple LiPF6), il est facile de se décomposer à des températures plus élevées (plus de 55 ℃) en raison d'une mauvaise stabilité.
2. À mesure que le nombre de cycles augmente, la réaction entre l'électrolyte et les électrodes positives et négatives augmente, ce qui affaiblit la capacité de transfert de masse.
4. Diaphragme
Le diaphragme peut bloquer les électrons et assurer la transmission des ions.Cependant, la capacité du diaphragme à transporter Li+ est réduite lorsque les trous du diaphragme sont obstrués par des produits de décomposition de l'électrolyte, etc., ou lorsque le diaphragme se rétrécit à des températures élevées, ou lorsque le diaphragme vieillit.De plus, la formation de dendrites de lithium perçant le diaphragme conduisant à un court-circuit interne est la principale raison de sa défaillance.
5. Collecte de liquide
La cause de la perte de capacité due au collecteur est généralement la corrosion du collecteur.Le cuivre est utilisé comme collecteur négatif car il est facile à oxyder à des potentiels élevés, tandis que l'aluminium est utilisé comme collecteur positif car il est facile de former un alliage lithium-aluminium avec du lithium à faibles potentiels.Sous basse tension (aussi basse que 1,5 V et moins, décharge excessive), le cuivre s'oxyde en Cu2+ dans l'électrolyte et se dépose à la surface de l'électrode négative, empêchant le désenrobage du lithium, entraînant une dégradation de la capacité.Et du côté positif, la surcharge dubatterieprovoque des piqûres du collecteur en aluminium, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne et une dégradation de la capacité.
6. Facteurs de charge et de décharge
Des multiplicateurs de charge et de décharge excessifs peuvent entraîner une dégradation accélérée de la capacité des batteries lithium-ion.Une augmentation du multiplicateur de charge/décharge signifie que l'impédance de polarisation de la batterie augmente en conséquence, entraînant une diminution de la capacité.De plus, les contraintes induites par la diffusion générées par la charge et la décharge à des taux de multiplication élevés entraînent la perte de matière active cathodique et un vieillissement accéléré de la batterie.
En cas de surcharge et de décharge excessive des batteries, l'électrode négative est sujette à la précipitation du lithium, le mécanisme d'élimination excessive du lithium de l'électrode positive s'effondre et la décomposition oxydative de l'électrolyte (apparition de sous-produits et production de gaz) est accélérée.Lorsque la batterie est trop déchargée, la feuille de cuivre a tendance à se dissoudre (ce qui empêche le retrait du lithium ou génère directement des dendrites de cuivre), entraînant une dégradation de la capacité ou une panne de la batterie.
Des études sur la stratégie de charge ont montré que lorsque la tension de coupure de charge est de 4 V, une diminution appropriée de la tension de coupure de charge (par exemple 3,95 V) peut améliorer la durée de vie de la batterie.Il a également été démontré que la charge rapide d’une batterie à 100 % de SOC se dégrade plus rapidement que la charge rapide à 80 % de SOC.De plus, Li et al.a constaté que bien que les impulsions puissent améliorer l'efficacité de la charge, la résistance interne de la batterie augmentera considérablement et la perte de matériau actif de l'électrode négative est grave.
7. Température
L'effet de la température sur la capacité debatteries lithium-ionest également très important.Lors d'un fonctionnement à des températures plus élevées pendant des périodes prolongées, il y a une augmentation des réactions secondaires au sein de la batterie (par exemple, décomposition de l'électrolyte), conduisant à une perte irréversible de capacité.Lors d'un fonctionnement à des températures plus basses pendant des périodes prolongées, l'impédance totale de la batterie augmente (la conductivité de l'électrolyte diminue, l'impédance SEI augmente et la vitesse des réactions électrochimiques diminue) et une précipitation du lithium de la batterie est susceptible de se produire.
Ce qui précède est la principale raison de la dégradation de la capacité de la batterie lithium-ion. Grâce à l'introduction ci-dessus, je pense que vous comprenez les causes de la dégradation de la capacité de la batterie lithium-ion.
Heure de publication : 24 juillet 2023