1. Análisis de la atenuación de la capacidad de la batería de iones de litio.

Los electrodos, electrolitos y diafragmas positivos y negativos son componentes importantes de las baterías de iones de litio. Los electrodos positivo y negativo de las baterías de iones de litio se someten a reacciones de inserción y extracción de litio respectivamente, y la cantidad de litio insertada en los electrodos positivo y negativo se convierte en el principal factor que afecta la capacidad de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, se debe mantener el equilibrio de las capacidades de los electrodos positivos y negativos de las baterías de iones de litio para garantizar que la batería tenga un rendimiento óptimo.

2. Sobrecarga

2.1 Reacción de sobrecarga del electrodo negativo Hay muchos tipos de materiales activos que se pueden utilizar como electrodos negativos de baterías de iones de litio, con materiales de electrodos negativos a base de carbono, materiales de electrodos negativos a base de silicio, materiales de electrodos negativos a base de estaño, materiales de electrodos negativos de titanato de litio, etc. como materiales principales. Los diferentes tipos de materiales de carbono tienen diferentes propiedades electroquímicas. Entre ellos, el grafito tiene las ventajas de alta conductividad, excelente estructura en capas y alta cristalinidad, que es más adecuado para la inserción y extracción de litio. Al mismo tiempo, los materiales de grafito son asequibles y tienen un gran stock, por lo que son muy utilizados.

Cuando una batería de iones de litio se carga y descarga por primera vez, las moléculas de disolvente se descompondrán en la superficie del grafito y formarán una película de pasivación llamada SEI. Esta reacción provocará la pérdida de capacidad de la batería y es un proceso irreversible. Durante el proceso de sobrecarga de una batería de iones de litio, se producirá una deposición de litio metálico en la superficie del electrodo negativo. Esta situación es propensa a ocurrir cuando el material activo del electrodo positivo es excesivo en relación con el material activo del electrodo negativo. Al mismo tiempo, la deposición de litio metálico también puede ocurrir en condiciones de alta velocidad.

En términos generales, las razones por las que la formación de litio metálico conduce al cambio en la disminución de la capacidad de la batería de litio incluyen principalmente los siguientes aspectos: primero, conduce a una disminución en la cantidad de litio circulante en la batería; en segundo lugar, el litio metálico reacciona con electrolitos o disolventes para formar otros subproductos; En tercer lugar, el litio metálico se deposita principalmente entre el electrodo negativo y el diafragma, lo que provoca que los poros del diafragma se bloqueen, lo que provoca un aumento de la resistencia interna de la batería. El mecanismo que influye en la disminución de la capacidad de las baterías de iones de litio varía según el material de grafito. El grafito natural tiene una superficie específica alta, por lo que la reacción de autodescarga provocará la pérdida de capacidad de la batería de litio y la impedancia de la reacción electroquímica del grafito natural como electrodo negativo de la batería también es mayor que la del grafito artificial. Además, factores como la disociación de la estructura en capas del electrodo negativo durante el ciclo, la dispersión del agente conductor durante la producción de la pieza polar y el aumento de la impedancia de la reacción electroquímica durante el almacenamiento son factores importantes que conducen a a la pérdida de capacidad de la batería de litio.

2.2 Reacción de sobrecarga del electrodo positivo La sobrecarga del electrodo positivo ocurre principalmente cuando la proporción de material del electrodo positivo es demasiado baja, lo que resulta en un desequilibrio en la capacidad entre los electrodos, causando una pérdida irreversible de la capacidad de la batería de litio y la coexistencia y acumulación continua de oxígeno y combustible. Los gases descompuestos del material del electrodo positivo y el electrolito pueden representar riesgos de seguridad para el uso de baterías de litio.

2.3 El electrolito reacciona a alto voltaje Si el voltaje de carga de la batería de litio es demasiado alto, el electrolito sufrirá una reacción de oxidación y generará algunos subproductos, que bloquearán los microporos del electrodo y dificultarán la migración de iones de litio, provocando así el ciclo. capacidad de descomponerse. La tendencia del cambio de la concentración del electrolito y la estabilidad del electrolito es inversamente proporcional. Cuanto mayor es la concentración de electrolitos, menor es su estabilidad, lo que a su vez afecta a la capacidad de la batería de iones de litio. Durante el proceso de carga, el electrolito se consumirá hasta cierto punto. Por lo tanto, es necesario complementarlo durante el ensamblaje, lo que resulta en una reducción de los materiales activos de la batería y afecta la capacidad inicial de la batería.

3. Descomposición del electrolito El electrolito incluye electrolitos, disolventes y aditivos, y sus propiedades afectarán la vida útil, la capacidad específica, la velocidad de carga y descarga, y el rendimiento de seguridad de la batería. La descomposición de electrolitos y disolventes en el electrolito provocará la pérdida de capacidad de la batería. Durante la primera carga y descarga, la formación de una película SEI en la superficie del electrodo negativo por disolventes y otras sustancias provocará una pérdida de capacidad irreversible, pero esto es inevitable. Si hay impurezas como agua o fluoruro de hidrógeno en el electrolito, el electrolito LiPF6 puede descomponerse a altas temperaturas y los productos generados reaccionarán con el material del electrodo positivo, lo que afectará la capacidad de la batería. Al mismo tiempo, algunos productos también reaccionarán con el disolvente y afectarán la estabilidad de la película SEI en la superficie del electrodo negativo, provocando que decaiga el rendimiento de la batería de iones de litio. Además, si los productos de la descomposición del electrolito no son compatibles con el electrolito, bloquearán los poros del electrodo positivo durante el proceso de migración, lo que provocará una disminución de la capacidad de la batería. En general, la aparición de reacciones secundarias entre el electrolito y los electrodos positivo y negativo de la batería, así como los subproductos generados, son los principales factores que causan la disminución de la capacidad de la batería.

4. Autodescarga Las baterías de iones de litio generalmente experimentan una pérdida de capacidad, un proceso llamado autodescarga, que se divide en pérdida de capacidad reversible y pérdida de capacidad irreversible. La tasa de oxidación del disolvente tiene un impacto directo en la tasa de autodescarga. Los materiales activos positivos y negativos pueden reaccionar con el soluto durante el proceso de carga, lo que resulta en un desequilibrio de capacidad y una atenuación irreversible de la migración de iones de litio. Por lo tanto, se puede ver que reducir la superficie del material activo puede reducir la tasa de pérdida de capacidad y la descomposición del solvente afectará la vida útil de almacenamiento de la batería. Además, las fugas del diafragma también pueden provocar una pérdida de capacidad, pero esta posibilidad es baja. Si el fenómeno de autodescarga persiste durante mucho tiempo, provocará la deposición de litio metálico y, además, la atenuación de las capacidades de los electrodos positivos y negativos.

5. Inestabilidad del electrodo Durante el proceso de carga, el material activo del electrodo positivo de la batería es inestable, lo que hará que reaccione con el electrolito y afecte la capacidad de la batería. Entre ellos, los defectos estructurales del material del electrodo positivo, el potencial de carga excesivo y el contenido de negro de carbón son los principales factores que afectan la capacidad de la batería.