Durante o uso de
baterias de íon-lítio , a capacidade útil real continuará a diminuir em relação à capacidade nominal no momento da entrega. Qualquer reação colateral que possa consumir íons de lítio pode causar uma alteração no equilíbrio dos íons de lítio na bateria. Essa mudança no estado de equilíbrio é irreversível e pode ser acumulada em vários ciclos, afetando adversamente o desempenho da bateria.
A carga e descarga de uma bateria são chamadas de ciclo, e o ciclo de vida é um indicador importante do desempenho da vida útil da bateria. A razão fundamental por trás dos fatores que afetam o ciclo de vida das baterias de íons de lítio é que o número de íons de lítio envolvidos na transferência de energia está diminuindo constantemente. A quantidade total de lítio na bateria não foi reduzida, mas os íons de lítio "ativados" são menores, estão presos em alguns lugares ou o canal de transmissão está bloqueado e não podem participar livremente do processo de carga e descarga. Especificamente:
(1) A precipitação de lítio metálico: geralmente ocorre na superfície do eletrodo negativo. Quando os íons de lítio migram para a superfície do eletrodo negativo, alguns dos íons de lítio não entram no material ativo do eletrodo negativo para formar um composto estável. Em vez disso, eles obtêm elétrons e se depositam na superfície do eletrodo negativo para se tornarem lítio metálico, e não participam mais do processo de ciclo subsequente, resultando em uma diminuição da capacidade. Por exemplo, quando o material do eletrodo negativo é insuficiente ou sobrecarregado, o eletrodo negativo não pode acomodar os íons de lítio migrados do eletrodo positivo, resultando na deposição de metal lítio; durante o carregamento de alta taxa, a quantidade excessiva de íons de lítio atingindo o eletrodo negativo em um curto período de tempo causa o bloqueio do canal e precipita para fora.
(2) Decomposição do material catódico: O óxido de metal contendo lítio do material do eletrodo positivo continuará a se decompor durante o uso a longo prazo, produzindo algumas substâncias inertes eletroquímicas e alguns gases inflamáveis, destruindo o equilíbrio de capacidade entre os eletrodos e causando perda irreversível de capacidade.
(3) Filme SEI na superfície do eletrodo: Para materiais de ânodo de carbono, durante o ciclo inicial, o eletrólito formará um filme de eletrólito sólido (SEI) na superfície do eletrodo. O processo de formação do filme SEI consumirá íons de lítio, e o filme SEI não é estável e estará no processo de ciclo. A ruptura contínua da bateria exporá a nova superfície do eletrodo negativo e, em seguida, reagirá com o eletrólito para formar um novo filme SEI, que continuará a causar a perda contínua de íons de lítio e eletrólito, resultando em uma diminuição na capacidade da bateria . Além disso, os canais de difusão de íons de lítio do filme SEI podem ser bloqueados, o que também causará uma diminuição na capacidade da bateria.
(4) Perda de eletrólito: No processo de circulação contínua, o eletrólito continuará a se decompor e volatilizar, resultando em uma diminuição na quantidade total de eletrólito, incapacidade de se infiltrar totalmente nos materiais positivos e negativos e reações de carga e descarga incompletas, resultando em uma diminuição no capacidade de uso real. Além disso, se o eletrólito contiver uma certa quantidade de água, a água reagirá quimicamente com LiFP6 para produzir LiF e HF. O HF então destrói o filme SEI e gera mais LiF, causando deposição de LiF e consumo contínuo de íons de lítio ativos. Faz com que o ciclo de vida da bateria diminua.
(5) O diafragma está bloqueado ou danificado: Durante o ciclo das baterias de íon-lítio, o ressecamento gradual do diafragma e a falha também são uma causa do declínio da capacidade. Devido ao ressecamento da membrana de isolamento, a resistência ôhmica interna da bateria aumenta, causando bloqueio dos canais de carga e descarga, carga e descarga incompletas, e a capacidade da bateria não pode ser restaurada ao estado inicial, o que reduz muito a capacidade e vida útil da bateria.
(6) Os materiais do eletrodo positivo e negativo caem: Os materiais ativos dos eletrodos positivos e negativos são fixados no substrato pelo ligante. Durante o uso de longo prazo, devido à falha do aglutinante e à vibração mecânica da bateria, os materiais ativos dos eletrodos positivo e negativo caem continuamente e entram na solução eletrolítica. , O que leva à redução contínua de materiais ativos que podem participar da reação eletroquímica e à diminuição contínua do ciclo de vida da bateria. A estabilidade a longo prazo do aglutinante e as boas propriedades mecânicas da bateria serão capazes de retardar o declínio no ciclo de vida da bateria.
Os métodos de teste atuais usados para avaliar a vida útil das baterias de íon-lítio geralmente passam por testes de ciclo de carga e descarga contínuos, que exigem um longo ciclo de teste. Os padrões de bateria de íon de lítio geralmente especificam os requisitos de ciclo de vida e métodos de teste. Nos padrões de bateria de íon de lítio domésticos existentes, os requisitos de teste para o ciclo de vida das baterias de íon de lítio são mostrados na Tabela 1.
Padrão | Use o campo | Corrente de teste | Requisito mínimo de vida |
GB / T 18287-203 | celular | 1C5 | 300 vezes | 60% da capacidade |
MT / T 1051-2007 | Lâmpada de mineiro | 1C5 | 300 vezes | 60% da capacidade |
GJB 4477-2002 | - | 0.2C5 | 400 vezes | 70% da capacidade |
GB / T 36972-2018 | bicicleta elétrica | 0,5C5 | 600 vezes | 70% da capacidade |
GB / T 31484-2015 | carro eletrico | 1C1 | 500 vezes 1000 vezes | 90% da capacidade 80% da capacidade |
CEC 171-2018 Tipo de energia | Armazenamento de energia | potência constante nx Pn | 1000 vezes 2000 vezes | 90% de energia 80% de energia |
CEC 171-2018 Tipo de energia | Armazenamento de energia | potência constante nx Pn | 2.000 vezes 4.000 vezes | 80% de energia 60% de energia |
Conclusão:
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