1. Analiza atenuării capacității bateriei litiu-ion

Electrozii pozitivi și negativi, electroliții și diafragmele sunt componente importante ale bateriilor litiu-ion. Electrozii pozitivi și negativi ai bateriilor litiu-ion suferă reacții de inserare și, respectiv, extracție a litiu-ului, iar cantitatea de litiu introdusă în electrozii pozitivi și negativi devine principalul factor care afectează capacitatea bateriilor litiu-ion. Prin urmare, echilibrul capacităților electrodului pozitiv și negativ al bateriilor litiu-ion trebuie menținut pentru a se asigura că bateria are performanțe optime.

2. Supraîncărcare

2.1 Reacția de supraîncărcare a electrodului negativ Există multe tipuri de materiale active care pot fi utilizate ca electrozi negativi ai bateriilor litiu-ion, cu materiale pentru electrozi negativi pe bază de carbon, materiale pentru electrozi negativi pe bază de siliciu, pe bază de staniu, materiale pentru electrozi negativi de titanat de litiu, etc ca materiale principale. Diferite tipuri de materiale carbonice au proprietăți electrochimice diferite. Printre acestea, grafitul are avantajele conductivității ridicate, structurii stratificate excelente și cristalinității ridicate, care este mai potrivită pentru inserarea și extracția litiului. În același timp, materialele din grafit sunt accesibile și au un stoc mare, așa că sunt utilizate pe scară largă.

Când o baterie litiu-ion este încărcată și descărcată pentru prima dată, moleculele de solvent se vor descompune pe suprafața de grafit și vor forma o peliculă de pasivare numită SEI. Această reacție va cauza pierderea capacității bateriei și este un proces ireversibil. În timpul procesului de supraîncărcare a unei baterii litiu-ion, pe suprafața electrodului negativ va avea loc depunerea de litiu metalic. Această situație este predispusă să apară atunci când materialul activ al electrodului pozitiv este excesiv în raport cu materialul activ al electrodului negativ. În același timp, depunerea de metal litiu poate apărea și în condiții de viteză ridicată.

În general, motivele pentru formarea litiului metalic care duce la modificarea scăderii capacității bateriei cu litiu includ în principal următoarele aspecte: în primul rând, duce la o scădere a cantității de litiu circulator din baterie; în al doilea rând, litiul metalic reacționează cu electroliții sau solvenții pentru a forma alți subproduși; în al treilea rând, litiul metalic este depus în principal între electrodul negativ și diafragmă, determinând blocarea porilor diafragmei, rezultând o creștere a rezistenței interne a bateriei. Mecanismul de influență al scăderii capacității bateriei litiu-ion variază în funcție de materialul de grafit. Grafitul natural are o suprafață specifică mare, astfel încât reacția de auto-descărcare va cauza pierderea capacității bateriei cu litiu, iar impedanța de reacție electrochimică a grafitului natural, deoarece electrodul negativ al bateriei este, de asemenea, mai mare decât cea a grafitului artificial. În plus, factori precum disocierea structurii stratificate cu electrod negativ în timpul ciclului, dispersia agentului conductor în timpul producției piesei polare și creșterea impedanței reacției electrochimice în timpul depozitării sunt toți factori importanți care conduc la pierderea capacității bateriei cu litiu.

2.2 Reacția de supraîncărcare a electrodului pozitiv Supraîncărcarea electrodului pozitiv are loc în principal atunci când proporția de material electrod pozitiv este prea scăzută, ceea ce duce la un dezechilibru al capacității dintre electrozi, provocând pierderea ireversibilă a capacității bateriei cu litiu și coexistența și acumularea continuă de oxigen și combustibil gazele descompuse din materialul electrodului pozitiv și din electrolit pot aduce pericole de siguranță pentru utilizarea bateriilor cu litiu.

2.3 Electrolitul reacționează la tensiune înaltă Dacă tensiunea de încărcare a bateriei cu litiu este prea mare, electrolitul va suferi o reacție de oxidare și va genera unele produse secundare, care vor bloca microporii electrodului și vor împiedica migrarea ionilor de litiu, provocând astfel ciclul capacitate de decădere. Tendința de modificare a concentrației electrolitului și stabilitatea electrolitului este invers proporțională. Cu cât concentrația de electrolit este mai mare, cu atât stabilitatea electrolitului este mai mică, care la rândul său afectează capacitatea bateriei litiu-ion. În timpul procesului de încărcare, electrolitul va fi consumat într-o anumită măsură. Prin urmare, trebuie suplimentat în timpul asamblarii, rezultând o reducere a materialelor active ale bateriei și afectând capacitatea inițială a bateriei.

3. Descompunerea electrolitului Electrolitul include electroliți, solvenți și aditivi, iar proprietățile sale vor afecta durata de viață, capacitatea specifică, rata de încărcare și performanța de descărcare și performanța de siguranță a bateriei. Descompunerea electroliților și solvenților în electrolit va duce la pierderea capacității bateriei. În timpul primei încărcări și descărcări, formarea peliculei SEI pe suprafața electrodului negativ de către solvenți și alte substanțe va provoca o pierdere ireversibilă a capacității, dar acest lucru este inevitabil. Dacă în electrolit există impurități precum apa sau fluorura de hidrogen, electrolitul LiPF6 se poate descompune la temperaturi ridicate, iar produsele generate vor reacționa cu materialul electrodului pozitiv, ceea ce duce la afectarea capacității bateriei. În același timp, unele produse vor reacționa, de asemenea, cu solventul și vor afecta stabilitatea filmului SEI de pe suprafața electrodului negativ, provocând scăderea performanței bateriei litiu-ion. În plus, dacă produsele descompunerii electrolitului nu sunt compatibile cu electrolitul, ei vor bloca porii electrodului pozitiv în timpul procesului de migrare, ducând la scăderea capacității bateriei. În general, apariția reacțiilor secundare între electrolit și electrozii pozitivi și negativi ai bateriei, precum și produșii secundari generați, sunt principalii factori care cauzează scăderea capacității bateriei.

4. Bateriile litiu-ion cu auto-descărcare suferă în general pierderi de capacitate, un proces numit auto-descărcare, care este împărțit în pierderi reversibile de capacitate și pierderi ireversibile de capacitate. Viteza de oxidare a solventului are un impact direct asupra vitezei de autodescărcare. Materialele active pozitive și negative pot reacționa cu soluția în timpul procesului de încărcare, ducând la dezechilibru de capacitate și atenuarea ireversibilă a migrării ionilor de litiu. Prin urmare, se poate observa că reducerea suprafeței materialului activ poate reduce rata de pierdere a capacității, iar descompunerea solventului va afecta durata de viață a bateriei. În plus, scurgerea din diafragmă poate duce și la pierderea capacității, dar această posibilitate este scăzută. Dacă fenomenul de auto-descărcare există pentru o lungă perioadă de timp, acesta va duce la depunerea de litiu metalic și va duce în continuare la atenuarea capacităților electrodului pozitiv și negativ.

5. Instabilitatea electrodului În timpul procesului de încărcare, materialul activ al electrodului pozitiv al bateriei este instabil, ceea ce îl va face să reacționeze cu electrolitul și să afecteze capacitatea bateriei. Printre acestea, defectele structurale ale materialului electrodului pozitiv, potențialul excesiv de încărcare și conținutul de negru de fum sunt principalii factori care afectează capacitatea bateriei.