Dipengaruhi oleh panasnya pasar kendaraan listrik,baterai litium-ion, sebagai salah satu komponen inti kendaraan listrik, telah banyak ditekankan. Orang-orang berkomitmen untuk mengembangkan baterai lithium-ion yang tahan lama, berdaya tinggi, dan aman. Diantaranya, redamanbaterai litium-ionkapasitasnya sangat patut untuk menjadi perhatian semua orang, hanya pemahaman penuh tentang penyebab pelemahan baterai lithium-ion atau mekanismenya, agar dapat meresepkan obat yang tepat untuk mengatasi masalah tersebut, mengapa kapasitas baterai lithium-ion tersebut redaman?
Alasan penurunan kapasitas baterai lithium-ion
1. Bahan elektroda positif
LiCoO2 adalah salah satu bahan katoda yang umum digunakan (kategori 3C banyak digunakan, dan baterai daya pada dasarnya membawa ternary dan lithium iron phosphate). Seiring bertambahnya jumlah siklus, hilangnya ion litium aktif berkontribusi lebih besar terhadap peluruhan kapasitas. Setelah 200 siklus, LiCoO2 tidak mengalami transisi fase, melainkan perubahan struktur pipih, yang menyebabkan kesulitan dalam pelepasan Li+.
LiFePO4 memiliki stabilitas struktur yang baik, namun Fe3+ pada anoda larut dan tereduksi menjadi logam Fe pada anoda grafit, sehingga mengakibatkan peningkatan polarisasi anoda. Umumnya pembubaran Fe3+ dicegah dengan pelapisan partikel LiFePO4 atau pemilihan elektrolit.
Bahan terner NCM ① Ion logam transisi pada bahan katoda oksida logam transisi mudah larut pada suhu tinggi, sehingga terlepas dalam elektrolit atau mengendap pada sisi negatif yang menyebabkan redaman kapasitas; ② Ketika tegangan lebih tinggi dari 4,4V vs. Li+/Li, perubahan struktural material terner menyebabkan penurunan kapasitas; ③ Barisan campuran Li-Ni menyebabkan penyumbatan saluran Li+.
Penyebab utama penurunan kapasitas pada baterai lithium-ion berbasis LiMnO4 adalah 1. fase ireversibel atau perubahan struktural, seperti aberasi Jahn-Teller; dan 2. pelarutan Mn dalam elektrolit (adanya HF dalam elektrolit), reaksi disproporsionasi, atau reduksi di anoda.
2. Bahan elektroda negatif
Pembentukan presipitasi litium di sisi anoda grafit (bagian dari litium menjadi "litium mati" atau menghasilkan dendrit litium), pada suhu rendah, difusi ion litium melambat dengan mudah sehingga menyebabkan presipitasi litium, dan presipitasi litium juga rentan terjadi. ketika rasio N/P terlalu rendah.
Penghancuran berulang dan pertumbuhan film SEI di sisi anoda menyebabkan penipisan litium dan peningkatan polarisasi.
Proses berulang penyematan litium/penghilangan de-litium dalam anoda berbasis silikon dapat dengan mudah menyebabkan perluasan volume dan kegagalan retak pada partikel silikon. Oleh karena itu, untuk anoda silikon, sangat penting untuk menemukan cara untuk menghambat perluasan volumenya.
3.Elektrolit
Faktor-faktor dalam elektrolit yang berkontribusi terhadap penurunan kapasitasbaterai litium-iontermasuk:
1. Dekomposisi pelarut dan elektrolit (masalah kegagalan atau keselamatan serius seperti produksi gas), untuk pelarut organik, ketika potensial oksidasi lebih besar dari 5V vs. Li+/Li atau potensial reduksi lebih rendah dari 0,8V (tegangan dekomposisi elektrolit berbeda adalah berbeda), mudah terurai. Untuk elektrolit (misalnya LiPF6), mudah terurai pada suhu yang lebih tinggi (lebih dari 55℃) karena stabilitas yang buruk;.
2. Dengan bertambahnya jumlah siklus, reaksi antara elektrolit dan elektroda positif dan negatif meningkat, sehingga kapasitas perpindahan massa melemah.
4.Diafragma
Diafragma dapat memblokir elektron dan memenuhi transmisi ion. Namun, kemampuan diafragma untuk mengangkut Li+ berkurang ketika lubang diafragma tersumbat oleh produk penguraian elektrolit, dll., atau ketika diafragma menyusut pada suhu tinggi, atau ketika diafragma menua. Selain itu, pembentukan dendrit litium yang menembus diafragma yang menyebabkan korsleting internal adalah alasan utama kegagalannya.
5. Mengumpulkan cairan
Penyebab hilangnya kapasitas akibat kolektor umumnya adalah korosi pada kolektor. Tembaga digunakan sebagai kolektor negatif karena mudah teroksidasi pada potensial tinggi, sedangkan aluminium digunakan sebagai kolektor positif karena mudah membentuk paduan litium-aluminium dengan litium pada potensial rendah. Di bawah tegangan rendah (serendah 1,5V ke bawah, pelepasan berlebih), tembaga teroksidasi menjadi Cu2+ dalam elektrolit dan mengendap di permukaan elektroda negatif, menghambat pelepasan litium, sehingga mengakibatkan penurunan kapasitas. Dan sisi positifnya, pengisian daya yang berlebihanbateraimenyebabkan lubang pada kolektor aluminium, yang menyebabkan peningkatan resistansi internal dan penurunan kapasitas.
6. Faktor pengisian dan pengosongan
Pengganda pengisian dan pengosongan yang berlebihan dapat mempercepat penurunan kapasitas baterai lithium-ion. Peningkatan pengganda pengisian/pengosongan berarti impedansi polarisasi baterai juga meningkat, sehingga menyebabkan penurunan kapasitas. Selain itu, tegangan akibat difusi yang dihasilkan oleh pengisian dan pengosongan pada tingkat penggandaan yang tinggi menyebabkan hilangnya bahan aktif katoda dan mempercepat penuaan baterai.
Dalam kasus pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai yang berlebihan, elektroda negatif rentan terhadap pengendapan litium, mekanisme penghilangan litium berlebihan pada elektroda positif akan runtuh, dan dekomposisi oksidatif elektrolit (terjadinya produk sampingan dan produksi gas) dipercepat. Ketika daya baterai habis secara berlebihan, lapisan tembaga cenderung larut (menghalangi pelepasan litium, atau secara langsung menghasilkan dendrit tembaga), yang menyebabkan penurunan kapasitas atau kegagalan baterai.
Studi strategi pengisian daya menunjukkan bahwa ketika tegangan pemutusan pengisian daya adalah 4V, menurunkan tegangan pemutusan pengisian daya secara tepat (misalnya, 3,95V) dapat meningkatkan masa pakai baterai. Juga telah terbukti bahwa pengisian cepat baterai hingga 100% SOC meluruh lebih cepat daripada pengisian cepat hingga 80% SOC. Selain itu, Li dkk. menemukan bahwa meskipun denyut dapat meningkatkan efisiensi pengisian daya, resistansi internal baterai akan meningkat secara signifikan, dan hilangnya bahan aktif elektroda negatif merupakan hal yang serius.
7.Suhu
Pengaruh suhu terhadap kapasitasbaterai litium-ionjuga sangat penting. Saat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi untuk jangka waktu yang lama, terjadi peningkatan reaksi samping di dalam baterai (misalnya penguraian elektrolit), yang menyebabkan hilangnya kapasitas yang tidak dapat diubah. Ketika beroperasi pada suhu yang lebih rendah untuk jangka waktu yang lama, impedansi total baterai meningkat (konduktivitas elektrolit menurun, impedansi SEI meningkat, dan laju reaksi elektrokimia menurun), dan pengendapan litium dari baterai cenderung terjadi.
Hal di atas adalah penyebab utama penurunan kapasitas baterai lithium-ion, melalui pendahuluan di atas saya yakin Anda sudah memahami penyebab penurunan kapasitas baterai lithium-ion.
Waktu posting: 24 Juli-2023