Durante l'utilizzo di
batterie agli ioni di litio
, la capacità effettiva utilizzabile continuerà a diminuire rispetto alla capacità nominale al momento della consegna. Qualsiasi reazione collaterale che può consumare gli ioni di litio può causare un cambiamento nell'equilibrio degli ioni di litio nella batteria. Questo cambiamento nello stato di equilibrio è irreversibile e può essere accumulato attraverso più cicli, influenzando così negativamente le prestazioni della batteria.
Una carica e una scarica di una batteria è chiamata ciclo e la durata del ciclo è un indicatore importante delle prestazioni della durata della batteria. Il motivo fondamentale alla base dei fattori che influenzano la durata del ciclo delle batterie agli ioni di litio è che il numero di ioni di litio coinvolti nel trasferimento di energia è in costante diminuzione. La quantità totale di litio nella batteria non è stata ridotta, ma gli ioni di litio "attivati" sono inferiori, sono imprigionati in alcuni luoghi o il canale di trasmissione è bloccato e non possono partecipare liberamente al processo di carica e scarica. Nello specifico:
(1) La precipitazione del litio metallico:
generalmente si verifica sulla superficie dell'elettrodo negativo. Quando gli ioni di litio migrano sulla superficie dell'elettrodo negativo, alcuni degli ioni di litio non entrano nel materiale attivo dell'elettrodo negativo per formare un composto stabile. Invece, ottengono elettroni e si depositano sulla superficie dell'elettrodo negativo per diventare litio metallico e non partecipano più al successivo processo del ciclo, con conseguente diminuzione della capacità. Ad esempio, quando il materiale dell'elettrodo negativo è insufficiente o sovraccaricato, l'elettrodo negativo non può accogliere gli ioni di litio migrati dall'elettrodo positivo, con conseguente deposizione di litio metallico; durante la carica ad alta velocità, la quantità eccessiva di ioni di litio che raggiunge l'elettrodo negativo in un breve periodo di tempo provoca il blocco del canale e la precipitazione.
(2) Decomposizione del materiale del catodo:
l'ossido metallico contenente litio del materiale dell'elettrodo positivo continuerà a decomporsi durante l'uso a lungo termine, producendo alcune sostanze elettrochimiche inerti e alcuni gas infiammabili, distruggendo l'equilibrio di capacità tra gli elettrodi e provocando perdite irreversibili di capacità.
(3) Pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo:
per i materiali dell'anodo di carbonio, durante il ciclo iniziale, l'elettrolita formerà una pellicola di elettrolita solido (SEI) sulla superficie dell'elettrodo. Il processo di formazione del film SEI consumerà ioni di litio e il film SEI non è stabile e sarà nel processo del ciclo. La rottura continua della batteria esporrà la nuova superficie dell'elettrodo negativo e quindi reagirà con l'elettrolita per formare un nuovo film SEI, che continuerà a causare la continua perdita di ioni di litio ed elettrolita, con conseguente diminuzione della capacità della batteria . Inoltre, i canali di diffusione degli ioni di litio della pellicola SEI potrebbero essere bloccati, causando anche una diminuzione della capacità della batteria.
(4) Perdita di elettrolita:
nel processo di circolazione continua, l'elettrolita continuerà a decomporsi e volatilizzarsi, con conseguente diminuzione della quantità totale di elettrolita, incapacità di infiltrarsi completamente nei materiali positivi e negativi e reazioni di carica e scarica incomplete , con conseguente diminuzione della capacità di utilizzo effettiva. Inoltre, se l'elettrolita contiene una certa quantità di acqua, l'acqua reagirà chimicamente con LiFP6 per produrre LiF e HF. L'HF distrugge quindi il film SEI e genera più LiF, causando la deposizione di LiF e il consumo continuo di ioni di litio attivi. Fa diminuire la durata del ciclo della batteria.
(5) Il diaframma è bloccato o danneggiato:
durante il ciclo delle batterie agli ioni di litio, anche il progressivo asciugamento del diaframma e il suo guasto sono causa di diminuzione della capacità. A causa dell'essiccazione della membrana di isolamento, la resistenza ohmica interna della batteria aumenta, causando il blocco dei canali di carica e scarica, carica e scarica incompleta e la capacità della batteria non può essere ripristinata allo stato iniziale, il che riduce notevolmente la capacità e la durata della batteria.
(6) I materiali degli elettrodi positivi e negativi cadono:
i materiali attivi degli elettrodi positivi e negativi vengono fissati sul substrato dal legante. Durante l'uso a lungo termine, a causa del guasto del legante e della vibrazione meccanica della batteria, i materiali attivi degli elettrodi positivo e negativo cadono continuamente ed entrano nella soluzione elettrolitica. , Il che porta alla continua riduzione dei materiali attivi che possono partecipare alla reazione elettrochimica e alla continua diminuzione della durata del ciclo della batteria. La stabilità a lungo termine del legante e le buone proprietà meccaniche della batteria potranno ritardare il declino del ciclo di vita della batteria.
Gli attuali metodi di prova utilizzati per valutare la durata delle batterie agli ioni di litio sono generalmente sottoposti a test di ciclo di carica e scarica continui, che richiedono un lungo ciclo di prova. Gli standard delle batterie agli ioni di litio generalmente specificano i requisiti di durata del ciclo e i metodi di prova. Negli standard nazionali esistenti sulle batterie agli ioni di litio, i requisiti di prova per la durata del ciclo delle batterie agli ioni di litio sono riportati nella Tabella 1.
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Standard
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Usa campo
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Prova corrente
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Requisito minimo di vita
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GB/T 18287-203
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cellulare
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1C5
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300 volte
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60% di capacità
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MT/T 1051-2007
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Lampada da minatore
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1C5
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300 volte
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60% di capacità
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GJB 4477-2002
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-
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0.2C5
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400 volte
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70% di capacità
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GB/T 36972-2018
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bicicletta elettrica
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0,5C5
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600 volte
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70% di capacità
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GB/T 31484-2015
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macchina elettrica
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1C1
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500 volte 1000 volte
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90% capacità 80% capacità
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CEC 171-2018
Tipo di energia
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Accumulo di energia
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nx Pn potenza costante
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1000 volte 2000 volte
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90% di energia 80% di energia
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CEC 171-2018
Tipo di alimentazione
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Accumulo di energia
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nx Pn potenza costante
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2000 volte 4000 volte
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80% di energia 60% di energia
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Conclusione:
