چرا ظرفیت باتری لیتیوم کاهش می یابد؟

الکترودهای مثبت و منفی، الکترولیت و جداکننده اجزای مهم باتری لیتیوم یون هستند.واکنش های ورودی و استخراج لیتیوم در الکترودهای مثبت و منفی رخ می دهد، و مقدار لیتیوم وارد شده در هر الکترود عامل اصلی تاثیر بر ظرفیت باتری است.حفظ تعادل ظرفیت الکترود مثبت و منفی برای اطمینان از عملکرد بهینه باتری ضروری است..

به طور کلی، باتری های لیتیوم یون از یک محلول الکترولیت تشکیل شده از یک حلال آلی و یک الکترولیت (نمک لیتیوم) استفاده می کنند.این محلول الکترولیت باید دارای رسانایی و ثبات کافی باشد.برای جدا کننده عملکرد آن عامل اصلی تعیین کننده مقاومت داخلی باتری و ساختار رابط است.که به طور مستقیم بر کاهش ظرفیت تاثیر می گذاردجداکننده با کیفیت بالا به طور قابل توجهی ظرفیت و عملکرد کلی باتری لیتیوم یون را بهبود می بخشد.جداکننده عمدتاً برای جدا کردن الکترودهای مثبت و منفی کار می کند، جلوگیری از مدار کوتاه ناشی از تماس بین آنها، در حالی که همچنین اجازه می دهد یون های الکترولیت از طریق عبور، بنابراین به حداکثر رساندن بهره وری باتری.

واکنش های شیمیایی در باتری های لیتیوم یون شامل نه تنها واکنش های ردوکس در هنگام ورودی و استخراج لیتیوم یون،اما همچنین واکنش های جانبی مانند تشکیل و تخریب فیلم SEI در سطح الکترود منفی، تجزیه الکترولیت و تغییرات ساختاری و انحلال مواد فعال. این واکنش های جانبی همه علل کاهش ظرفیت باتری لیتیوم یون هستند.

کاهش ظرفیت و از دست دادن در طول چرخه باتری پدیده های اجتناب ناپذیر هستند. بنابراین، برای بهبود ظرفیت و عملکرد باتری،دانشمندان از زمینه های مختلف در داخل و خارج از کشور به طور کامل مکانیسم از دست دادن ظرفیت باتری لیتیوم را مطالعه کرده انددر حال حاضر، عوامل اصلی که باعث کاهش ظرفیت باتری لیتیوم یون می شوند شامل تشکیل فیلم های غیرفعال SEI در سطوح الکترود مثبت و منفی، رسوب فلز لیتیوم،محلول مواد فعال الکترود، رخ دادن واکنش های ردوکس یا واکنش های جانبی در آنود و کاتود، تغییرات ساختاری و تغییرات فازی.تغییرات در کاهش ظرفیت باتری لیتیوم یون و علل آن هنوز در حال بررسی است.

بسیاری از انواع مواد فعال می توانند به عنوان الکترود های منفی در باتری های لیتیوم یون استفاده شوند، با کربن مبتنی بر کربن، سیلیکون مبتنی بر سیلیکون، قلع مبتنی بر قلعو مواد الکترود منفی لیتیوم تیتانات که مواد اصلی هستندانواع مختلفی از مواد کربن دارای خواص الکتروشیمی متفاوت هستند. گرافیت با رسانایی بالا، ساختار لایه دار عالی و کریستالیت بالا،مناسب برای لیتیوم intercalation و deintercalation استعلاوه بر این، گرافیت مقرون به صرفه است و به راحتی در دسترس است، که باعث می شود به طور گسترده ای استفاده شود.

در طول شارژ و تخلیه اولیه یک باتری لیتیوم یون، مولکول های حلال در سطح گرافیت تجزیه می شوند و یک فیلم پاسیویشن به نام SEI (زخم تزریق) را تشکیل می دهند.این واکنش منجر به از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر می شود.. در طول شارژ بیش از حد ، رسوب فلز لیتیوم در سطح الکترود منفی رخ می دهد ،به ویژه زمانی که ماده فعال الکترود مثبت نسبت به ماده فعال الکترود منفی بیش از حد باشد.رسوب فلز لیتیوم نیز می تواند در شرایط با نرخ بالا رخ دهد.

به طور کلی، تشکیل لیتیوم فلزی که منجر به کاهش ظرفیت در باتری های لیتیوم می شود، عمدتا از موارد زیر ناشی می شود:

اول، مقدار لیتیوم چرخه ای در باتری را کاهش می دهد؛

دوم،لیتیوم فلزی با الکترولیت یا حلال واکنش نشان می دهد و محصولات جانبی دیگر را تشکیل می دهد.
سوم،فلز لیتیوم عمدتا بین الکترود منفی و جدا کننده قرار می گیرد، باعث انسداد منافذ و افزایش مقاومت داخلی می شود.مکانیزم که توسط آن مواد گرافیتی مختلف بر کاهش ظرفیت باتری های لیتیوم یون تاثیر می گذارد متفاوت استگرافیت طبیعی دارای یک سطح خاص بالاتر است؛ بنابراین واکنش های خود تخلیه منجر به از دست دادن ظرفیت در باتری های لیتیوم یون می شود.به عنوان الکترود منفی، دارای مقاومت الکتروشیمیایی بالاتر از گرافیت مصنوعی است. علاوه بر این، عواملی مانند جدایی ساختار لایه دار الکترود منفی در طول چرخه،پراکندگی عوامل رسانا در طول ساخت الکترود، و افزایش مقاومت الکتروشیمیایی در طول ذخیره سازی همه عوامل مهمی هستند که به از دست دادن ظرفیت در باتری های لیتیوم یون کمک می کنند.

بارگذاری بیش از حد الکترود مثبت عمدتاً زمانی رخ می دهد که نسبت مواد الکترود مثبت بسیار پایین باشد.که منجر به عدم تعادل ظرفیت بین الکترودها می شود و باعث از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر در باتری های لیتیوم یون می شود.بعلاوه the coexistence and continuous accumulation of oxygen and combustible gases released from the decomposition of the positive electrode material and electrolyte may pose safety hazards to the use of lithium-ion batteries.

ACEY-BCT506-512Hتست کننده تخلیه شارژ باتریبرای تشکیل باتری، اندازه گیری ظرفیت و آزمایش پارامترهای عملکرد و غیره استفاده می شود.این یک سیستم آزمون جامع باتری است که شامل یک کامپیوتر و یک میکرو کامپیوتر تک تراشه است.ساختار آن پیشرفته است، عملکرد قابل اعتماد است، عملیات راحت است، کارایی بالا است و نسبت هزینه و عملکرد بسیار بالا دارد.این یک تجهیزات آزمایشی تولید ضروری برای تولید کنندگان باتری لیتیوم است، تولید کنندگان اندازه گیری ظرفیت و موسسات تحقیقاتی.

اگر ولتاژ شارژ باتری لیتیوم یون خیلی بالا باشه باعث اکسیداسیون الکترولیت میشه و بعضی از محصولات جانبی تولید میشه که میکروپورهای الکترود رو مسدود میکنهمانع از مهاجرت یون های لیتیوم و در نتیجه باعث تغییر در کاهش ظرفیت چرخه می شودثبات الکترولیت معکوس نسبت به غلظت آن است؛ غلظت های بالاتر منجر به ثبات پایین تر می شود، بنابراین بر ظرفیت باتری لیتیوم یون تاثیر می گذارد.در طول شارژ، الکترولیت مصرف می شود، که نیاز به تکمیل در طول مونتاژ دارد، که مقدار ماده فعال را کاهش می دهد و بر ظرفیت اولیه تاثیر می گذارد.

الکترولیت شامل الکترولیت، حلال و افزودنی ها است و خواص آن بر عمر باتری، ظرفیت خاص، عملکرد شارژ / تخلیه و ایمنی تاثیر می گذارد.تجزیه الکترولیت و حلال باعث از دست دادن ظرفیت می شوددر طول چرخه بارگذاری / تخلیه اولیه ، تشکیل یک فیلم SEI در سطح الکترود منفی توسط حلال ها و سایر مواد منجر به از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر می شود ، که اجتناب ناپذیر است.حضور ناخالصی هایی مانند آب یا هیدروژن فلوراید در الکترولیت ممکن است باعث تجزیه الکترولیت LiPF6 در دمای بالاتر شود.و محصولات حاصل با مواد الکترود مثبت واکنش نشان می دهند، که بر ظرفیت باتری تاثیر می گذارد.

در عین حال، برخی از محصولات با حلال واکنش نشان می دهند و بر ثبات فیلم SEI در سطح الکترود منفی تاثیر می گذارد و باعث کاهش عملکرد باتری لیتیوم یون می شود.اگر محصولات تجزیه الکترولیت با الکترولیت ناسازگار باشند، آنها منافذ الکترود مثبت را در طول مهاجرت مسدود می کنند، که منجر به کاهش ظرفیت باتری می شود.بروز واکنش های جانبی بین الکترولیت و الکترودهای مثبت و منفی باتری، و همچنین محصولات جانبی ناشی از آن، عوامل اصلی باعث کاهش ظرفیت باتری می شوند.

باتری های لیتیوم یون به طور کلی از دست دادن ظرفیت را تجربه می کنند، فرآیندی که به عنوان خود تخلیه شناخته می شود، که به از دست دادن ظرفیت برگشت پذیر و برگشت ناپذیر تقسیم می شود.سرعت اکسیداسیون حلال به طور مستقیم بر سرعت خود تخلیه تاثیر می گذاردمواد فعال الکترود مثبت و منفی ممکن است در طول شارژ با محلول واکنش نشان دهند، که منجر به مهاجرت لیتیوم-یون، عدم تعادل ظرفیت و تجزیه برگشت ناپذیر می شود.کاهش سطح ماده فعال می تواند میزان از دست دادن ظرفیت را کاهش دهد.، و تجزیه محلول بر عمر ذخیره باتری تأثیر می گذارد. نشت جدا کننده نیز می تواند باعث از دست دادن ظرفیت شود، اما این احتمال کمتر است. اگر خود تخلیه برای مدت طولانی ادامه یابد،به رسوبات فلزي ليتيم منجر ميشه، که باعث کاهش ظرفیت در الکترودهای مثبت و منفی می شود.

در طول شارژ، ماده فعال الکترود مثبت باتری ناپایدار است و باعث واکنش آن با الکترولیت می شود و بر ظرفیت باتری تأثیر می گذارد.در میان عوامل تاثیرگذار بر ظرفیت باتری، نقص های ساختاری در ماده کاتود، پتانسیل شارژ بیش از حد بالا و محتوای کربن سیاه عوامل اصلی هستند.

اسپینل LiMn2O4 در کشور من فراوان و ارزان است، دارای ثبات حرارتی خوب است و یک ماده اصلی برای کاتود باتری است.ذخیره سازی کاتود های LiMn2O4 در دمای بالا و در طول چرخه های شارژ و تخلیه باتری منجر به کاهش ظرفیت می شود، عمدتا به دلیل عوامل زیر: اول، در شرایط ولتاژ بالا، واکنش های الکتروشیمی در الکترولیت رخ می دهد، به طور کلی بالاتر از 4.0V؛ دوم،Mn در LiMn2O4 در الکترولیت حل می شود، که باعث واکنش نامتناسبی می شود که ساختار کریستالی ماده کاتود را مختل می کند.

از آنجا که کربن سیاه یک ماده غیر فعال است و در واکنش تخلیه شرکت نمی کند، محتوای بیش از حد کربن سیاه در مواد کاتود بر قدرت و ظرفیت آن تأثیر می گذارد.,علاوه بر این، حامل حمل یک ماده کاتالیز کننده را بر روی سطح سیاه کربن تولید می کند.که می تواند سرعت تجزیه یون های فلزی را افزایش دهد و به طور موثر به انحلال مواد فعال کمک کند.

انرژی جدیدمتخصص در تحقیق و تولید تجهیزات پیشرفته برای باتری های لیتیوم یون است.تست کننده ظرفیت باتری لیتیوم، لطفاً در هر زمان با ما تماس بگیرید.