Durante el uso de
baterías de iones de litio , la capacidad utilizable real seguirá disminuyendo en relación con la capacidad nominal en el momento de la entrega. Cualquier reacción secundaria que pueda consumir iones de litio puede provocar un cambio en el equilibrio de los iones de litio en la batería. Este cambio en el estado de equilibrio es irreversible y se puede acumular a través de múltiples ciclos, lo que afecta negativamente al rendimiento de la batería.
La carga y descarga de una batería se denomina ciclo, y la vida útil del ciclo es un indicador importante del rendimiento de la vida útil de la batería. La razón fundamental detrás de los factores que afectan el ciclo de vida de las baterías de iones de litio es que la cantidad de iones de litio involucrados en la transferencia de energía disminuye constantemente. La cantidad total de litio en la batería no se ha reducido, pero los iones de litio "activados" son menores, están aprisionados en algunos lugares o el canal de transmisión está bloqueado, y no pueden participar libremente en el proceso de carga y descarga. Específicamente:
(1) La precipitación de litio metálico: generalmente ocurre en la superficie del electrodo negativo. Cuando los iones de litio migran a la superficie del electrodo negativo, algunos de los iones de litio no entran en el material activo del electrodo negativo para formar un compuesto estable. En cambio, obtienen electrones y se depositan en la superficie del electrodo negativo para convertirse en litio metálico, y ya no participan en el proceso del ciclo posterior, lo que resulta en una disminución de la capacidad. Por ejemplo, cuando el material del electrodo negativo es insuficiente o está sobrecargado, el electrodo negativo no puede acomodar los iones de litio migrados desde el electrodo positivo, dando como resultado la deposición de litio metálico; Durante la carga a alta velocidad, la cantidad excesiva de iones de litio que llegan al electrodo negativo en un corto período de tiempo provoca el bloqueo del canal y la precipitación.
(2) Descomposición del material del cátodo: El óxido metálico que contiene litio del material del electrodo positivo continuará descomponiéndose durante el uso prolongado, produciendo algunas sustancias electroquímicas inertes y algunos gases inflamables, destruyendo el equilibrio de capacidad entre los electrodos y provocando una pérdida irreversible de capacidad.
(3) Película SEI en la superficie del electrodo: Para los materiales de ánodo de carbono, durante el ciclo inicial, el electrolito formará una película de electrolito sólido (SEI) en la superficie del electrodo. El proceso de formación de la película SEI consumirá iones de litio y la película SEI no es estable y estará en el proceso de ciclo. La ruptura continua de la batería expondrá la nueva superficie del electrodo negativo y luego reaccionará con el electrolito para formar una nueva película SEI, que continuará provocando la pérdida continua de iones de litio y electrolito, lo que resultará en una disminución en la capacidad de la batería. . Además, los canales de difusión de iones de litio de la película SEI pueden bloquearse, lo que también provocará una disminución en la capacidad de la batería.
(4) Pérdida de electrolitos: En el proceso de circulación continua, el electrolito continuará descomponiéndose y volatilizándose, resultando en una disminución en la cantidad total de electrolito, incapacidad para infiltrar completamente los materiales positivos y negativos, y reacciones de carga y descarga incompletas, resultando en una disminución en el capacidad de uso real. Además, si el electrolito contiene una cierta cantidad de agua, el agua reaccionará químicamente con LiFP6 para producir LiF y HF. Luego, el HF destruye la película SEI y genera más LiF, lo que provoca la deposición de LiF y el consumo continuo de iones de litio activos. Causa que el ciclo de vida de la batería disminuya.
(5) El diafragma está bloqueado o dañado: Durante el ciclo de las baterías de iones de litio, el secado gradual del diafragma y la falla también es una causa de disminución de la capacidad. Debido al secado de la membrana de aislamiento, la resistencia óhmica interna de la batería aumenta, lo que provoca el bloqueo de los canales de carga y descarga, carga y descarga incompletas y la capacidad de la batería no se puede restaurar al estado inicial, lo que reduce en gran medida la capacidad. y vida útil de la batería.
(6) Los materiales de los electrodos positivos y negativos se caen: Los materiales activos de los electrodos positivo y negativo se fijan al sustrato mediante el ligante. Durante el uso prolongado, debido a la falla del aglutinante y la vibración mecánica de la batería, los materiales activos de los electrodos positivo y negativo se caen continuamente y entran en la solución de electrolito. , Lo que conduce a la reducción continua de materiales activos que pueden participar en la reacción electroquímica, y la disminución continua del ciclo de vida de la batería. La estabilidad a largo plazo del aglutinante y las buenas propiedades mecánicas de la batería podrán retrasar la disminución del ciclo de vida de la batería.
Los métodos de prueba actuales utilizados para evaluar la vida útil de las baterías de iones de litio generalmente se someten a pruebas de ciclo de carga y descarga continuas, que requieren un ciclo de prueba largo. Los estándares de baterías de iones de litio generalmente especifican los requisitos de ciclo de vida y los métodos de prueba. En los estándares de baterías de iones de litio nacionales existentes, los requisitos de prueba para el ciclo de vida de las baterías de iones de litio se muestran en la Tabla 1.
Estándar | Campo de uso | Prueba de corriente | Requisito de vida mínima |
GB / T 18287-203 | Teléfono móvil | 1C5 | 300 veces | 60% de capacidad |
MT / T 1051-2007 | Lámpara de minero | 1C5 | 300 veces | 60% de capacidad |
GJB 4477-2002 | - | 0.2C5 | 400 veces | 70% de capacidad |
GB / T 36972-2018 | bicicleta eléctrica | 0.5C5 | 600 veces | 70% de capacidad |
GB / T 31484-2015 | coche eléctrico | 1C1 | 500 veces 1000 veces | 90% de capacidad 80% de capacidad |
CEC 171-2018 Tipo de energía | Almacenamiento de energía | nx Pn potencia constante | 1000 veces 2000 veces | 90% energía 80% energía |
CEC 171-2018 Tipo de potencia | Almacenamiento de energía | nx Pn potencia constante | 2000 veces 4000 veces | 80% energía 60% energía |
Conclusión:
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