Mõjutatud elektrisõidukite turu kuumusest,liitium-ioonakud, kui elektrisõidukite üht põhikomponenti, on suurel määral rõhutatud.Inimesed on pühendunud pika eluea, suure võimsusega ja hea ohutusega liitiumioonaku arendamisele.Nende hulgas sumbumineliitium-ioonakumahutavus on väga väärt igaühe tähelepanu, ainult liitium-ioonakude nõrgenemise põhjuste või mehhanismi täielik mõistmine, et oleks võimalik probleemi lahendamiseks välja kirjutada õige ravim, et liitiumioonakude mahutavus, miks sumbumine?
Liitium-ioonakude võimsuse vähenemise põhjused
1.Positiivne elektroodi materjal
LiCoO2 on üks sagedamini kasutatavaid katoodmaterjale (3C kategooriat kasutatakse laialdaselt ja toiteakud kannavad põhiliselt kolmekomponentset ja liitiumraudfosfaati).Kui tsüklite arv suureneb, aitab aktiivsete liitiumioonide kadu rohkem kaasa võimsuse vähenemisele.Pärast 200 tsüklit ei toimunud LiCoO2 faasisiiret, vaid muutus pigem lamellstruktuuris, mis põhjustas raskusi Li + dekinnitamisel.
LiFePO4-l on hea struktuurne stabiilsus, kuid anoodis olev Fe3+ lahustub ja taandub grafiitanoodil Fe-metalliks, mille tulemuseks on suurenenud anoodi polarisatsioon.Üldiselt takistab Fe3+ lahustumist LiFePO4 osakeste katmine või elektrolüüdi valik.
NCM kolmekomponentsed materjalid ① Siirdemetalli oksiidkatoodi materjalis olevad siirdemetalli ioonid lahustuvad kõrgel temperatuuril kergesti, vabastades seega elektrolüüdis või sadestades negatiivsele poolele, põhjustades võimsuse nõrgenemist;② Kui pinge on kõrgem kui 4,4 V vs. Li+/Li, põhjustab kolmekomponendilise materjali struktuurimuutus võimsuse vähenemise;③ Li-Ni segatud read, mis põhjustavad Li + kanalite ummistumist.
LiMnO4-põhiste liitium-ioonakude mahtuvuse vähenemise peamised põhjused on 1. pöördumatud faasi- või struktuurimuutused, nagu Jahn-Telleri aberratsioon;ja 2. Mn lahustumine elektrolüüdis (HF olemasolu elektrolüüdis), disproportsioonireaktsioonid või redutseerimine anoodil.
2.Negatiivsed elektroodide materjalid
Liitiumi sademete teke grafiidi anoodi poolel (osa liitiumist muutub "surnud liitiumiks" või tekitab liitiumdendriite), madalatel temperatuuridel aeglustub liitiumioonide difusioon kergesti, mis põhjustab liitiumi sadenemist, samuti on oht liitiumi sadenemiseks. kui N/P suhe on liiga madal.
SEI-kile korduv hävitamine ja kasv anoodi poolel põhjustab liitiumi ammendumist ja suurenenud polarisatsiooni.
Korduv liitiumi sisestamise / de-liitiumi eemaldamise protsess ränipõhises anoodis võib kergesti põhjustada räniosakeste mahu suurenemist ja pragude purunemist.Seetõttu on räni anoodi puhul eriti oluline leida viis selle mahu suurenemise pärssimiseks.
3.Elektrolüüt
Elektrolüüdis sisalduvad tegurid, mis aitavad kaasa võimsuse halvenemiseleliitium-ioonakudsisaldama:
1. Lahustite ja elektrolüütide lagunemine (tõsine rike või ohutusprobleemid, näiteks gaasi tootmine) orgaaniliste lahustite puhul, kui oksüdatsioonipotentsiaal on suurem kui 5 V vs. Li+/Li või redutseerimispotentsiaal on väiksem kui 0,8 V (erinev elektrolüütide lagunemispinge on erinevad), kergesti lagunevad.Elektrolüüdi (nt LiPF6) puhul on see halva stabiilsuse tõttu kergesti lagunev kõrgemal temperatuuril (üle 55℃);.
2. Tsüklite arvu suurenedes suureneb reaktsioon elektrolüüdi ning positiivse ja negatiivse elektroodi vahel, mistõttu massiülekandevõime nõrgeneb.
4.Diafragma
Diafragma võib blokeerida elektronid ja täita ioonide ülekandmist.Diafragma võime transportida Li+ aga väheneb, kui membraani augud on blokeeritud elektrolüüdi lagunemissaaduste vms poolt või kui membraan kahaneb kõrgel temperatuuril või kui membraan vananeb.Lisaks on diafragmat läbistavate liitiumdendriitide moodustumine, mis põhjustab sisemise lühise, selle rikke peamiseks põhjuseks.
5. Vedeliku kogumine
Kollektorist tingitud võimsuskaotuse põhjuseks on üldjuhul kollektori korrosioon.Vaske kasutatakse negatiivse kollektorina, kuna seda on kerge oksüdeeruda kõrge potentsiaaliga, samas kui alumiiniumi kasutatakse positiivse kollektorina, kuna madala potentsiaaliga liitiumiga on lihtne moodustada liitiumi-alumiiniumi sulamit.Madalpingel (nii madal kui 1,5 V, ületühjenemine) oksüdeerub vask elektrolüüdis Cu2+-ks ja ladestub negatiivse elektroodi pinnale, takistades liitiumi eemaldamist, mille tulemuseks on võimsuse halvenemine.Ja positiivne on see, et seadme ülelaadimineakupõhjustab alumiiniumkollektori aukude tekkimist, mis toob kaasa sisemise takistuse suurenemise ja võimsuse vähenemise.
6. Laengu- ja tühjenemistegurid
Liigne laadimis- ja tühjenemiskordajad võivad kaasa tuua liitiumioonakude võimsuse kiirema vähenemise.Laadimise/tühjenemise kordaja suurenemine tähendab, et aku polarisatsioonitakistus suureneb vastavalt, mis toob kaasa võimsuse vähenemise.Lisaks põhjustab difusioonist põhjustatud stress, mis tekib laadimise ja tühjenemise korral suurel paljunemiskiirusel, katoodaktiivse materjali kadumise ja aku kiirema vananemise.
Akude üle- ja tühjenemise korral on negatiivne elektrood altid liitiumi sadenemisele, positiivse elektroodi liigse liitiumi eemaldamise mehhanism variseb kokku ja kiireneb elektrolüüdi oksüdatiivne lagunemine (kõrvalsaaduste teke ja gaasi tootmine).Kui aku on liiga tühjenenud, kipub vaskfoolium lahustuma (takistades liitiumi eemaldamist või tekitades otseselt vaskdendriite), mis põhjustab võimsuse vähenemise või aku rikke.
Laadimisstrateegia uuringud on näidanud, et kui laadimise katkestuspinge on 4 V, võib laadimise katkestuspinge (nt 3,95 V) sobiv alandamine pikendada aku tööiga.Samuti on näidatud, et aku kiire laadimine 100% SOC-ni laguneb kiiremini kui kiirlaadimine 80% SOC-ni.Lisaks on Li et al.leidis, et kuigi pulseerimine võib parandada laadimise efektiivsust, tõuseb aku sisetakistus märkimisväärselt ja negatiivse elektroodi aktiivse materjali kadu on tõsine.
7.Temperatuur
Temperatuuri mõju võimsuseleliitium-ioonakudon samuti väga oluline.Kui töötate pikema aja jooksul kõrgemal temperatuuril, sagenevad akus esinevad kõrvalreaktsioonid (nt elektrolüüdi lagunemine), mis põhjustab pöördumatu võimsuse kaotuse.Kui töötate pikema aja jooksul madalamatel temperatuuridel, suureneb aku kogutakistus (elektrolüüdi juhtivus väheneb, SEI impedants suureneb ja elektrokeemiliste reaktsioonide kiirus väheneb) ning akust võib tekkida liitiumisade.
Ülaltoodu on liitium-ioonaku võimsuse vähenemise peamine põhjus. Ülaltoodud sissejuhatuse kaudu usun, et mõistate liitiumioonaku võimsuse vähenemise põhjuseid.
Postitusaeg: 24. juuli 2023