Während der Verwendung von
Lithium-Ionen-Batterien , wird sich die tatsächlich nutzbare Kapazität gegenüber der Nennkapazität zum Zeitpunkt der Lieferung weiter verringern. Jede Nebenreaktion, die Lithium-Ionen verbrauchen kann, kann zu einer Veränderung des Lithium-Ionen-Gleichgewichts in der Batterie führen. Diese Änderung des Gleichgewichtszustands ist irreversibel und kann über mehrere Zyklen akkumuliert werden, wodurch die Batterieleistung beeinträchtigt wird.
Das Laden und Entladen einer Batterie wird als Zyklus bezeichnet, und die Zykluslebensdauer ist ein wichtiger Indikator für die Leistung der Batterielebensdauer. Der wesentliche Grund für die Faktoren, die die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen, ist, dass die Anzahl der an der Energieübertragung beteiligten Lithium-Ionen ständig abnimmt. Die Gesamtmenge an Lithium in der Batterie wurde nicht reduziert, aber die "aktivierten" Lithium-Ionen sind geringer, sie sind an manchen Stellen eingesperrt oder der Übertragungskanal ist blockiert und sie können nicht frei am Lade- und Entladevorgang teilnehmen. Speziell:
(1) Die Ausfällung von metallischem Lithium: tritt im Allgemeinen auf der Oberfläche der negativen Elektrode auf. Wenn die Lithiumionen zur Oberfläche der negativen Elektrode wandern, treten einige der Lithiumionen nicht in das aktive Material der negativen Elektrode ein, um eine stabile Verbindung zu bilden. Stattdessen erhalten sie Elektronen und lagern sich auf der negativen Elektrodenoberfläche ab, um zu metallischem Lithium zu werden, und nehmen nicht mehr am nachfolgenden Zyklusprozess teil, was zu einer Verringerung der Kapazität führt. Wenn beispielsweise das Material der negativen Elektrode unzureichend oder überladen ist, kann die negative Elektrode die von der positiven Elektrode gewanderten Lithiumionen nicht aufnehmen, was zur Abscheidung von metallischem Lithium führt; Während des Hochladens verursacht die übermäßige Menge an Lithiumionen, die in kurzer Zeit die negative Elektrode erreicht, eine Kanalblockierung und Ausfällung.
(2) Zersetzung des Kathodenmaterials: Das lithiumhaltige Metalloxid des positiven Elektrodenmaterials zersetzt sich während des Langzeitgebrauchs weiter, wobei einige elektrochemische inerte Substanzen und einige brennbare Gase entstehen, das Kapazitätsgleichgewicht zwischen den Elektroden zerstört und irreversible Kapazitätsverluste verursacht werden.
(3) SEI-Film auf der Elektrodenoberfläche: Bei Kohlenstoffanodenmaterialien bildet der Elektrolyt während des Anfangszyklus einen Festelektrolyt(SEI)-Film auf der Oberfläche der Elektrode. Der Bildungsprozess des SEI-Films verbraucht Lithiumionen, und der SEI-Film ist nicht stabil und befindet sich im Zyklusprozess. Durch das kontinuierliche Aufbrechen der Batterie wird die neue negative Elektrodenoberfläche freigelegt und reagiert dann mit dem Elektrolyten, um einen neuen SEI-Film zu bilden, der weiterhin zu einem kontinuierlichen Verlust von Lithiumionen und Elektrolyt führt, was zu einer Abnahme der Kapazität der Batterie führt . Darüber hinaus können die Lithium-Ionen-Diffusionskanäle des SEI-Films blockiert werden, was ebenfalls zu einer Verringerung der Batteriekapazität führt.
(4) Elektrolytverlust: Während der kontinuierlichen Zirkulation zersetzt sich der Elektrolyt und verflüchtigt sich weiter, was zu einer Abnahme der Gesamtelektrolytmenge, der Unfähigkeit, die positiven und negativen Materialien vollständig zu infiltrieren, und unvollständigen Lade- und Entladereaktionen, was zu einer Verringerung der tatsächliche Nutzungskapazität. Wenn der Elektrolyt eine bestimmte Menge Wasser enthält, reagiert das Wasser außerdem chemisch mit LiFP6, um LiF und HF zu produzieren. HF zerstört dann den SEI-Film und erzeugt mehr LiF, was zu einer LiF-Abscheidung und einem kontinuierlichen Verbrauch von aktiven Lithiumionen führt. Verringern Sie die Lebensdauer des Akkus.
(5) Die Membran ist blockiert oder beschädigt: Während des Zyklus von Lithium-Ionen-Batterien ist auch das allmähliche Austrocknen des Diaphragmas und der Ausfall eine Ursache für den Kapazitätsabfall. Durch das Austrocknen der Isolationsmembran erhöht sich der ohmsche Innenwiderstand der Batterie, wodurch die Lade- und Entladekanäle blockiert, unvollständig geladen und entladen wird und die Batteriekapazität nicht in den Ausgangszustand zurückgeführt werden kann, was die Kapazität stark reduziert und Lebensdauer der Batterie.
(6) Die positiven und negativen Elektrodenmaterialien fallen ab: Die Aktivmaterialien der positiven und negativen Elektroden werden durch das Bindemittel auf dem Substrat fixiert. Bei längerem Gebrauch fallen aufgrund des Versagens des Bindemittels und der mechanischen Vibration der Batterie die aktiven Materialien der positiven und negativen Elektroden kontinuierlich ab und gelangen in die Elektrolytlösung. , was zu einer kontinuierlichen Reduzierung aktiver Materialien, die an der elektrochemischen Reaktion teilnehmen können, und einer kontinuierlichen Verringerung der Zyklenlebensdauer der Batterie führt. Die Langzeitstabilität des Bindemittels und die guten mechanischen Eigenschaften der Batterie können den Rückgang der Zyklenlebensdauer der Batterie verzögern.
Die aktuellen Testmethoden zur Bewertung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien durchlaufen in der Regel kontinuierliche Lade- und Entladezyklustests, die einen langen Testzyklus erfordern. Normen für Lithium-Ionen-Batterien legen im Allgemeinen Anforderungen an die Lebensdauer und Testmethoden fest. In den bestehenden nationalen Lithium-Ionen-Batterienormen sind die Prüfanforderungen für die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien in Tabelle 1 dargestellt.
Standard | Feld verwenden | Prüfstrom | Mindestlebensdauer |
GB/T 18287-203 | Handy | 1C5 | 300 mal | 60% Kapazität |
MT/T 1051-2007 | Bergmannslampe | 1C5 | 300 mal | 60% Kapazität |
GJB 4477-2002 | - | 0,2C5 | 400 mal | 70% Kapazität |
GB/T 36972-2018 | Elektrofahrrad | 0.5C5 | 600 mal | 70% Kapazität |
GB/T 31484-2015 | Elektroauto | 1C1 | 500 mal 1000 mal | 90% Kapazität 80% Kapazität |
CEC 171-2018 Energieart | Stromspeicher | nx Pn konstante Leistung | 1000 mal 2000 mal | 90% Energie 80% Energie |
CEC 171-2018 Leistungsart | Stromspeicher | nx Pn konstante Leistung | 2000 mal 4000 mal | 80% Energie 60% Energie |
Abschluss:
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