1. Analyse der Kapazitätsabschwächung von Lithium-Ionen-Batterien

Positive und negative Elektroden, Elektrolyte und Diaphragmen sind wichtige Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien. Die positiven und negativen Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien unterliegen Lithium-Insertions- bzw. Extraktionsreaktionen, und die Menge des in die positiven und negativen Elektroden eingefügten Lithiums wird zum Hauptfaktor, der die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien beeinflusst. Daher muss das Gleichgewicht der positiven und negativen Elektrodenkapazitäten von Lithium-Ionen-Batterien gewahrt bleiben, um eine optimale Leistung der Batterie zu gewährleisten.

2. Überladung

2.1 Überladungsreaktion der negativen Elektrode Es gibt viele Arten von aktiven Materialien, die als negative Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können, darunter negative Elektrodenmaterialien auf Kohlenstoffbasis, negative Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis, negative Elektrodenmaterialien auf Zinnbasis und negative Elektrodenmaterialien auf Lithiumtitanatbasis. usw. als Hauptmaterialien. Verschiedene Arten von Kohlenstoffmaterialien haben unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften. Unter diesen weist Graphit die Vorteile einer hohen Leitfähigkeit, einer hervorragenden Schichtstruktur und einer hohen Kristallinität auf, was sich besser für die Einfügung und Extraktion von Lithium eignet. Gleichzeitig sind Graphitmaterialien erschwinglich und haben einen großen Vorrat, sodass sie weit verbreitet sind.

Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie zum ersten Mal geladen und entladen wird, zersetzen sich Lösungsmittelmoleküle auf der Graphitoberfläche und bilden einen Passivierungsfilm namens SEI. Diese Reaktion führt zu einem Kapazitätsverlust der Batterie und ist ein irreversibler Prozess. Während des Überladevorgangs einer Lithium-Ionen-Batterie kommt es zu metallischen Lithiumablagerungen auf der Oberfläche der negativen Elektrode. Diese Situation kann auftreten, wenn das aktive Material der positiven Elektrode im Verhältnis zum aktiven Material der negativen Elektrode im Übermaß vorhanden ist. Gleichzeitig kann es auch unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen zu einer metallischen Lithiumabscheidung kommen.

Im Allgemeinen umfassen die Gründe für die Bildung von metallischem Lithium, die zu einer Änderung des Kapazitätsabfalls der Lithiumbatterie führt, hauptsächlich die folgenden Aspekte: Erstens führt es zu einer Verringerung der Menge an zirkulierendem Lithium in der Batterie; Zweitens reagiert metallisches Lithium mit Elektrolyten oder Lösungsmitteln unter Bildung anderer Nebenprodukte. Drittens lagert sich metallisches Lithium hauptsächlich zwischen der negativen Elektrode und dem Diaphragma ab, wodurch die Poren des Diaphragmas verstopft werden, was zu einem Anstieg des Innenwiderstands der Batterie führt. Der Einflussmechanismus des Kapazitätsabfalls von Lithium-Ionen-Batterien variiert je nach Graphitmaterial. Natürlicher Graphit hat eine große spezifische Oberfläche, sodass die Selbstentladungsreaktion zu einem Kapazitätsverlust der Lithiumbatterie führt und die elektrochemische Reaktionsimpedanz von natürlichem Graphit als negativer Elektrode der Batterie ebenfalls höher ist als die von künstlichem Graphit. Darüber hinaus sind Faktoren wie die Dissoziation der Schichtstruktur der negativen Elektrode während des Zyklus, die Dispersion des leitfähigen Mittels während der Herstellung des Polstücks und die Erhöhung der Impedanz der elektrochemischen Reaktion während der Lagerung wichtige Faktoren, die dazu führen zum Kapazitätsverlust der Lithium-Batterie führen.

2.2 Überladungsreaktion der positiven Elektrode Eine Überladung der positiven Elektrode tritt hauptsächlich auf, wenn der Anteil des positiven Elektrodenmaterials zu gering ist, was zu einem Ungleichgewicht in der Kapazität zwischen den Elektroden führt, was zu einem irreversiblen Verlust der Kapazität der Lithiumbatterie sowie zur Koexistenz und kontinuierlichen Ansammlung von Sauerstoff und brennbaren Stoffen führt Gase, die sich aus dem Material der positiven Elektrode und dem Elektrolyten zersetzen, können Sicherheitsrisiken bei der Verwendung von Lithiumbatterien mit sich bringen.

2.3 Elektrolyt reagiert bei hoher Spannung. Wenn die Ladespannung der Lithiumbatterie zu hoch ist, kommt es zu einer Oxidationsreaktion des Elektrolyten und zur Bildung einiger Nebenprodukte, die die Mikroporen der Elektrode blockieren und die Wanderung von Lithiumionen behindern, wodurch der Zyklus ausgelöst wird Fähigkeit zum Verfall. Der Änderungstrend der Elektrolytkonzentration und der Stabilität des Elektrolyten ist umgekehrt proportional. Je höher die Elektrolytkonzentration, desto geringer ist die Elektrolytstabilität, was sich wiederum auf die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie auswirkt. Während des Ladevorgangs wird der Elektrolyt in gewissem Umfang verbraucht. Daher muss es während der Montage ergänzt werden, was zu einer Reduzierung der aktiven Batteriematerialien führt und sich auf die Anfangskapazität der Batterie auswirkt.

3. Zersetzung des Elektrolyten Der Elektrolyt umfasst Elektrolyte, Lösungsmittel und Zusatzstoffe und seine Eigenschaften wirken sich auf die Lebensdauer, die spezifische Kapazität, die Lade- und Entladegeschwindigkeit und die Sicherheitsleistung der Batterie aus. Die Zersetzung von Elektrolyten und Lösungsmitteln im Elektrolyten führt zum Verlust der Batteriekapazität. Während des ersten Ladens und Entladens führt die Bildung eines SEI-Films auf der Oberfläche der negativen Elektrode durch Lösungsmittel und andere Substanzen zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust, der jedoch unvermeidlich ist. Wenn sich im Elektrolyten Verunreinigungen wie Wasser oder Fluorwasserstoff befinden, kann sich der Elektrolyt LiPF6 bei hohen Temperaturen zersetzen und die erzeugten Produkte reagieren mit dem Material der positiven Elektrode, was zu einer Beeinträchtigung der Batteriekapazität führt. Gleichzeitig reagieren einige Produkte auch mit dem Lösungsmittel und beeinträchtigen die Stabilität des SEI-Films auf der Oberfläche der negativen Elektrode, was zu einem Leistungsabfall der Lithium-Ionen-Batterie führt. Wenn die Produkte der Elektrolytzersetzung außerdem nicht mit dem Elektrolyten kompatibel sind, verstopfen sie während des Migrationsprozesses die Poren der positiven Elektrode, was zu einer Verschlechterung der Batteriekapazität führt. Im Allgemeinen sind das Auftreten von Nebenreaktionen zwischen dem Elektrolyten und den positiven und negativen Elektroden der Batterie sowie die erzeugten Nebenprodukte die Hauptfaktoren für den Rückgang der Batteriekapazität.

4. Selbstentladung Bei Lithium-Ionen-Batterien kommt es im Allgemeinen zu einem Kapazitätsverlust, einem Prozess namens Selbstentladung, der in reversiblen Kapazitätsverlust und irreversiblen Kapazitätsverlust unterteilt wird. Die Oxidationsrate des Lösungsmittels hat einen direkten Einfluss auf die Selbstentladungsrate. Die positiven und negativen aktiven Materialien können während des Ladevorgangs mit dem gelösten Stoff reagieren, was zu einem Kapazitätsungleichgewicht und einer irreversiblen Abschwächung der Lithiumionenmigration führt. Daher ist ersichtlich, dass eine Verringerung der Oberfläche des aktiven Materials die Kapazitätsverlustrate verringern kann und die Zersetzung des Lösungsmittels die Lagerfähigkeit der Batterie beeinträchtigt. Darüber hinaus kann eine Membranleckage auch zu einem Kapazitätsverlust führen, die Wahrscheinlichkeit ist jedoch gering. Wenn das Selbstentladungsphänomen über einen längeren Zeitraum besteht, führt es zur Ablagerung von metallischem Lithium und weiter zu einer Schwächung der positiven und negativen Elektrodenkapazitäten.

5. Elektrodeninstabilität Während des Ladevorgangs ist das aktive Material der positiven Elektrode der Batterie instabil, was dazu führt, dass es mit dem Elektrolyten reagiert und die Batteriekapazität beeinträchtigt. Unter diesen sind strukturelle Defekte des positiven Elektrodenmaterials, ein zu hohes Ladepotential und der Rußgehalt die Hauptfaktoren, die die Batteriekapazität beeinflussen.