Էլեկտրական մեքենաների շուկայի թեժ աստիճանի ազդեցությամբ,լիթիում-իոնային մարտկոցներ, որպես էլեկտրական մեքենաների հիմնական բաղադրիչներից մեկը, մեծապես ընդգծվել է։Մարդիկ հավատարիմ են երկար կյանք, բարձր հզորություն, լավ անվտանգ լիթիում-իոն մարտկոց մշակելուն:Դրանց թվում է թուլացումըլիթիում-իոնային մարտկոցհզորությունը շատ արժանի է բոլորի ուշադրությանը, միայն լիթիում-իոնային մարտկոցների թուլացման պատճառների կամ մեխանիզմի ամբողջական պատկերացում, որպեսզի կարողանանք ճիշտ դեղամիջոց նշանակել խնդիրը լուծելու համար, որ լիթիում-իոնային մարտկոցների հզորությունը, ինչու է թուլացում?
Լիթիում-իոնային մարտկոցների հզորության քայքայման պատճառները
1. Դրական էլեկտրոդի նյութ
LiCoO2-ը սովորաբար օգտագործվող կաթոդային նյութերից է (3C կատեգորիան լայնորեն օգտագործվում է, և էլեկտրական մարտկոցները հիմնականում կրում են եռակի և լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ):Քանի որ ցիկլերի քանակը մեծանում է, ակտիվ լիթիումի իոնների կորուստն ավելի է նպաստում կարողությունների քայքայմանը:200 ցիկլից հետո LiCoO2-ը չի ենթարկվել փուլային անցման, այլ փոփոխվել է շերտավոր կառուցվածքում, ինչը հանգեցրել է դժվարությունների Li+-ի ապամոնտաժման հարցում:
LiFePO4-ն ունի կառուցվածքային լավ կայունություն, սակայն անոդում Fe3+-ը լուծվում է և վերածվում Fe մետաղի գրաֆիտի անոդի վրա, ինչը հանգեցնում է անոդի բևեռացման բարձրացման:Հիմնականում Fe3+ տարրալուծումը կանխվում է LiFePO4 մասնիկների ծածկույթով կամ էլեկտրոլիտի ընտրությամբ:
NCM եռյակ նյութեր ① Անցումային մետաղի օքսիդի կաթոդի նյութում անցումային մետաղի իոնները հեշտությամբ լուծվում են բարձր ջերմաստիճաններում՝ այդպիսով ազատվելով էլեկտրոլիտում կամ նստելով բացասական կողմում՝ առաջացնելով հզորության թուլացում;② Երբ լարումը ավելի բարձր է, քան 4.4V-ն ընդդեմ Li+/Li-ի, եռակի նյութի կառուցվածքային փոփոխությունը հանգեցնում է հզորության նվազմանը.③ Li-Ni խառը շարքեր, որոնք հանգեցնում են Li+ ալիքների խցանմանը:
LiMnO4-ի վրա հիմնված լիթիում-իոնային մարտկոցների հզորության նվազման հիմնական պատճառները 1. անդառնալի փուլային կամ կառուցվածքային փոփոխություններն են, ինչպիսին է Jahn-Teller շեղումը;և 2. էլեկտրոլիտում Mn-ի տարրալուծում (էլեկտրոլիտում HF-ի առկայություն), անհամաչափության ռեակցիաներ կամ կրճատում անոդում:
2. Բացասական էլեկտրոդային նյութեր
Գրաֆիտի անոդային կողմում լիթիումի տեղումների առաջացումը (լիթիումի մի մասը դառնում է «մեռած լիթիում» կամ առաջացնում է լիթիումի դենդրիտներ), ցածր ջերմաստիճանի դեպքում, լիթիումի իոնային դիֆուզիոն դանդաղում է հեշտությամբ՝ հանգեցնելով լիթիումի տեղումների, և լիթիումի տեղումները նույնպես հակված են առաջանալու։ երբ N/P հարաբերակցությունը չափազանց ցածր է:
Անոդի կողմից SEI ֆիլմի կրկնվող ոչնչացումը և աճը հանգեցնում է լիթիումի սպառման և բևեռացման ավելացման:
Սիլիցիումի վրա հիմնված անոդում լիթիումի ներկառուցման/դելիթիումի հեռացման կրկնվող գործընթացը կարող է հեշտությամբ հանգեցնել սիլիցիումի մասնիկների ծավալի ընդլայնման և ճաքերի ձախողման:Հետևաբար, սիլիկոնային անոդի համար հատկապես կարևոր է գտնել դրա ծավալի ընդլայնումը զսպելու միջոց:
3.Էլեկտրոլիտ
Էլեկտրոլիտի մեջ պարունակվող գործոններ, որոնք նպաստում են կարողությունների նվազմանըլիթիում-իոնային մարտկոցներներառում:
1. Լուծիչների և էլեկտրոլիտների տարրալուծում (լուրջ խափանում կամ անվտանգության խնդիրներ, ինչպիսիք են գազի արտադրությունը), օրգանական լուծիչների համար, երբ օքսիդացման պոտենցիալը ավելի մեծ է, քան 5V-ն ընդդեմ Li+/Li-ի կամ վերականգնողական պոտենցիալը ցածր է 0,8 Վ-ից (էլեկտրոլիտի տարրալուծման լարումը տարբեր), հեշտ քայքայվող:Էլեկտրոլիտի համար (օրինակ՝ LiPF6), այն հեշտ է քայքայվել ավելի բարձր ջերմաստիճանում (ավելի քան 55℃)՝ վատ կայունության պատճառով։
2. Ցիկլերի քանակի ավելացման հետ էլեկտրոլիտի և դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև ռեակցիան մեծանում է, ինչի արդյունքում զանգվածի փոխանցման հզորությունը թուլանում է:
4.Դիֆրագմ
Դիֆրագմը կարող է արգելափակել էլեկտրոնները և կատարել իոնների փոխանցումը:Այնուամենայնիվ, դիֆրագմայի՝ Li+-ի տեղափոխման ունակությունը նվազում է, երբ դիֆրագմայի անցքերը արգելափակվում են էլեկտրոլիտի քայքայման արտադրանքներով և այլն, կամ երբ դիֆրագմը փոքրանում է բարձր ջերմաստիճանում, կամ երբ դիֆրագմը ծերանում է։Բացի այդ, դիֆրագմը ծակող լիթիումի դենդրիտների ձևավորումը, որը հանգեցնում է ներքին կարճ միացման, դրա ձախողման հիմնական պատճառն է:
5. Հեղուկ հավաքող
Կոլեկտորի պատճառով հզորության կորստի պատճառը հիմնականում կոլեկտորի կոռոզիան է:Պղինձը օգտագործվում է որպես բացասական կոլեկտոր, քանի որ այն հեշտ է օքսիդանալ բարձր պոտենցիալների դեպքում, մինչդեռ ալյումինը օգտագործվում է որպես դրական կոլեկտոր, քանի որ ցածր պոտենցիալների դեպքում հեշտ է լիթիում-ալյումինի համաձուլվածք ձևավորել:Ցածր լարման պայմաններում (մինչև 1,5 Վ և ավելի ցածր, ավելորդ լիցքաթափում), պղինձը էլեկտրոլիտում օքսիդանում է մինչև Cu2+ և նստում բացասական էլեկտրոդի մակերեսին, ինչը խոչընդոտում է լիթիումի ներկառուցմանը, ինչը հանգեցնում է հզորության քայքայմանը:Եվ դրական կողմը, գերծանրաբեռնվածությունըմարտկոցառաջացնում է ալյումինե կոլեկտորի փոսը, ինչը հանգեցնում է ներքին դիմադրության բարձրացման և հզորության դեգրադացիայի:
6. Լիցքավորման և լիցքաթափման գործոններ
Չափից դուրս լիցքավորման և լիցքաթափման բազմապատկիչները կարող են հանգեցնել լիթիում-իոնային մարտկոցների հզորության արագացման:Լիցքավորման/լիցքաթափման բազմապատկիչի ավելացումը նշանակում է, որ մարտկոցի բևեռացման դիմադրությունը համապատասխանաբար մեծանում է՝ հանգեցնելով հզորության նվազմանը:Բացի այդ, դիֆուզիայի հետևանքով առաջացած սթրեսը, որը առաջանում է լիցքավորման և լիցքավորման բարձր արագությամբ, հանգեցնում է կաթոդի ակտիվ նյութի կորստի և մարտկոցի արագացված ծերացման:
Մարտկոցների գերլիցքավորման և լիցքաթափման դեպքում բացասական էլեկտրոդը հակված է լիթիումի տեղումների, դրական էլեկտրոդի ավելորդ լիթիումի հեռացման մեխանիզմը փլուզվում է, և էլեկտրոլիտի օքսիդատիվ տարրալուծումը (ենթամթերքի առաջացումը և գազի արտադրությունը) արագանում է։Երբ մարտկոցը չափից դուրս լիցքաթափվում է, պղնձե փայլաթիթեղը հակված է լուծարվել (խոչընդոտում է լիթիումի ապամոնտաժմանը կամ ուղղակիորեն առաջացնում է պղնձի դենդրիտներ), ինչը հանգեցնում է հզորության նվազմանը կամ մարտկոցի ձախողմանը:
Լիցքավորման ռազմավարության ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ երբ լիցքավորման անջատման լարումը 4 Վ է, լիցքավորման անջատման լարման համապատասխան իջեցումը (օրինակ՝ 3,95 Վ) կարող է բարելավել մարտկոցի ցիկլի կյանքը:Նաև ցույց է տվել, որ մարտկոցի 100% SOC արագ լիցքավորումն ավելի արագ է քայքայվում, քան արագ լիցքավորումը մինչև 80% SOC:Բացի այդ, Li et al.պարզվել է, որ չնայած իմպուլսինգը կարող է բարելավել լիցքավորման արդյունավետությունը, մարտկոցի ներքին դիմադրությունը զգալիորեն կբարձրանա, և բացասական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի կորուստը լուրջ է:
7.Ջերմաստիճան
Ջերմաստիճանի ազդեցությունը հզորության վրալիթիում-իոնային մարտկոցներնույնպես շատ կարևոր է.Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում երկար ժամանակ աշխատելիս մարտկոցի ներսում կողմնակի ռեակցիաների աճ է տեղի ունենում (օրինակ՝ էլեկտրոլիտի քայքայումը), ինչը հանգեցնում է հզորության անդառնալի կորստի:Ավելի ցածր ջերմաստիճաններում երկար ժամանակ աշխատելիս մարտկոցի ընդհանուր դիմադրությունը մեծանում է (էլեկտրոլիտի հաղորդունակությունը նվազում է, SEI դիմադրությունը մեծանում է և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արագությունը նվազում է), և մարտկոցից լիթիումի տեղումները հակված են առաջանալու:
Վերոնշյալը լիթիում-իոն մարտկոցի հզորության նվազման հիմնական պատճառն է, վերը նշված ներածության միջոցով ես կարծում եմ, որ դուք հասկանում եք լիթիում-իոնային մարտկոցի հզորության անկման պատճառները:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հուլիս-24-2023