Batareya quvvatini pasaytirish mexanizmi nima?
Moddiy tuzilmaning o'zgarishi
Hozirgi vaqtda eng ko'p ishlatiladigan katod materiallari asosan LiMO2 ning olti burchakli qatlamli tuzilishini (bu erda M=Co, Ni, Mn), LiMn2O4 ning shpinel tuzilishini va LiFePO4 ning olivin tuzilishini o'z ichiga oladi. Strukturadan qat'i nazar, lityum ionlari katoddan deinterkalatsiyalanganda, materialdagi elektr holatini saqlab qolish uchun metall element muqarrar ravishda yuqori valentlik holatiga oksidlanadi, bu fazaga o'tish jarayoni bilan birga keladi. Fazali o'tishlar ko'pincha fazali siljishlarga olib keladi, shuning uchun lityum ionlari doimiy ravishda interkalatsiyalanadi va materialda deinterkalatsiyalanadi, faza o'zgarishi davom etadi va uzoq muddatda kristall barqarorligiga tahdid soladi. Anod bilan solishtirganda, fazalar siljishi va katod materialining massa tuzilishidagi o'zgarishlar natijasida yuzaga keladigan teng bo'lmagan qaytariladigan quvvat batareyaning ishlash muddatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Grafit qatlamli tuzilishga ega. Qalinligi bir necha qatlam bo'lganda, lityum ionlari batareyani zaryadlash vaqtida interlayerlarga o'tadi va litiylangan grafitni hosil qilish uchun tashqi konturdan ko'chirilgan elektronlar bilan birlashadi va bu vaqtda qatlamlar oralig'i ortadi; tushirish vaqtida litiy ionlari grafit oraliq qatlamlarini tark etadi va elektronlarni tashqi kontaktlarning zanglashiga olib, deinterkalatsiya va oksidlanish reaktsiyasidan o'tadi va bu vaqtda qatlamlar oralig'i kamayadi.
Faol moddaning erishi
Katod materialining erishi elektrolitlardagi korroziya tufayli faol moddaning asta-sekin kamayib borayotgan jarayonini anglatadi. Katod materialining yuqori haroratlarda erishi batareya quvvatining pasayishining sabablaridan biri bo'lib, ayniqsa yuqori haroratlarda batareyalarning tsikl ishlashi va saqlash ko'rsatkichlariga ko'proq ta'sir qiladi. Muayyan sharoitlarda o'tish metallarining erishi barcha LiMO2 katod materiallarida mavjud bo'lgan muammodir. Faol moddaning erishi akkumulyator unumdorligining yomonlashishiga olib keladigan asosiy sabablar quyidagilardir: $\\textcircled{1}$ Metall elementlarning erishi bevosita faol materialning kamayishiga olib keladi va batareya quvvati yo'qolishiga olib keladi; $\\textcircled{2}$ Katod materialining erishi material strukturasining buzilishiga va zarrachalar yuzasida kimyoviy faol bo'lmagan moddalarning paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa elektrod materialida litiy ionlarini tashishga to'sqinlik qiladi; $\\textcircled{3}$ Elektrolit tarkibidagi solvatlangan metall ionlari elektrolit tarkibidagi anodga oʻtadi va past potentsial ostida anod yuzasida metall yoki tuz koʻrinishida choʻkadi va bu choʻkindilar muqarrar ravishda anod yuzasidagi SEI plyonkasining barqarorligi va qalinligiga taʼsir qiladi, bu esa elektrod yuzasining qutblanishining kuchayishiga va batareyaning ichki qarshiligining oshishiga olib keladi. Shuning uchun faol moddaning erishi elektrolitga ta'siri nafaqat erishdan, balki o'tish metallarining erishi natijasida yuzaga keladigan ko'proq salbiy ta'sirlardan ham kelib chiqadi.
Lityum ionlarini iste'mol qilish
Lityum{0}}ionli batareyalarni loyihalashda batareyaning sig'imi odatda katodnikidan bir oz ko'proq va qayta ishlanadigan lityum ionlari ham katod tomonidan ta'minlanadi. Shuning uchun katod va anod orasidagi litiy ionlarining teskari interkalatsiyasi va deinterkalatsiyasi batareya quvvatini aniqlaydi. Birinchi zaryadlash va tushirish jarayonida anod yuzasida SEI plyonkasi hosil bo'ladi. Ushbu passivatsiya plyonkasining asosiy komponentlari Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH kabi turli noorganik moddalar va ROCO2Li, ROLi va (ROCO2) 2Li kabi turli xil organik komponentlardir. Shunday qilib, ba'zi lityum ionlari iste'mol qilinadi va bu sig'imning yo'qolishi qaytarilmasdir. Anodning ishlashi SEI plyonkasi morfologiyasi va barqarorligi bilan juda bog'liq va anod yuzasida barqaror SEI plyonka hosil qilish qobiliyati batareyaning ishlashiga-arzimas ta'sir ko'rsatadi. SEI filmining shakllanishi batareyadagi cheklangan lityum ionlarini iste'mol qiladi. Agar tsikl davomida SEI plyonkasi doimiy ravishda shikastlangan bo'lsa, u holda anod / elektrolitlar interfeysida oksidlanish reaktsiyasi doimiy ravishda yangi SEI plyonkasini hosil qiladi. Bu jarayon tizimdagi katod tomonidan ta'minlangan cheklangan lityum ionlarini iste'mol qiladi va faol litiy ionlarining kamayishi sig'imning parchalanishiga olib keladi. Elektrolitdagi litiy ionlarining kamayishi elektrolitning o'tkazuvchanligini pasayishiga olib keladi va katod materialida lityum ionlarining yo'qolishi batareyaning ikkita elektrodi o'rtasidagi muvozanatni keltirib chiqaradi.
Ichki qarshilikning kuchayishi
Batareyaning uzoq-muddatida aylanishi davomida ichki qarshilikning oshishi ham quvvatning pasayishining muhim sababi hisoblanadi. Ichki qarshilikning ko'payishining ko'plab sabablari bor, asosan ikkita jihat: $\\textcircled{1}$ Elektrolitdagi elektrod/elektrolit interfeysida sodir bo'ladigan oksidlanish reaktsiyasi elektrodning sirt plyonka qarshiligining oshishiga va anod SEI plyonkasining beqarorligiga olib keladi, doimiy ravishda yangi sirt plyonkalarini hosil qiladi, batareyaning ichki qarshiligi va boshqalar. $\\textcircled{2}$ Katoddagi metall ionlarining elektrolitga erishi va erigan ionlangan metall ionlari elektrolit orqali anodga oʻtadi va anod yuzasida metall yoki tuz holida choʻkadi, natijada elektrod qutblanishi kuchayadi. Bundan tashqari, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, joriy kollektorning korroziyasi ham ichki qarshilikning oshishiga olib kelishi mumkin, ammo bu ta'sir oqim kollektorini oldindan tozalash sharoitida nisbatan kichikdir. Ichki qarshilikning oshishi energiya zichligi va quvvatining pasayishiga olib keladi, ayniqsa anod uchun, elektrod / elektrolitlar interfeysida sodir bo'lgan reaktsiya anodning qarishining asosiy sababidir.
