Ինչո՞ւ են լիթիում-իոնային մարտկոցները ինքնալիցքաթափվում. պատճառները և ինչպես կանխել

Լիթիում-իոնային մարտկոցների ինքնալիցքաթափումը վերաբերում է բնական նվազմանը լիցքում/լարման մեջ, երբ մարտկոցը չի միացված արտաքին շղթային (այսինքն՝ բաց շղթայի վիճակում) . Սա բոլոր մարտկոցներին բնորոշ ներքին հատկանիշ է՝ տարբեր աստիճաններով: Չնայած լիթիում-իոնային մարտկոցների ինքնալիցքաթափման արագությունը համեմատաբար ցածր է, սակայն դա այնուամենայնիվ տեղի է ունենում: Հիմնական պատճառները կարող են դասակարգվել հետևյալ կերպ.

1. Անխուսափելի քիմիական կողմնակի ռեակցիաներ (սովորական ինքնալիցքաթափում).

(1) SEI թաղանթի աճ և լուծում.

Անոդի մակերեսը (սովորաբար գրաֆիտ) պարունակում է պինդ էլեկտրոլիտային ինտերֆեյսի (SEI) թաղանթ: Այս թաղանթը ձևավորվում է առաջին լիցքավորման և լիցքը թողնելու ընթացքում և կարևոր է մալուխի ճիշտ աշխատանքի համար: Սակայն SEI թաղանթը ամբողջությամբ կայուն չէ: Պահեստավորման ընթացքում, հատկապես բարձր ջերմաստիճանների դեպքում, SEI թաղանթը դանդաղ լուծվում է և վերակազմավորվում: Վերակազմավորումը ծախսում է լիթիումի իոններ և էլեկտրոլիտ, ինչը հանգեցնում է տարողության կորստի և լարման անկման: Սա լիթիում-իոնային մալուխների ինքնալիցքը կորցնելու հիմնական պատճառներից է:

(2) Էլեկտրոլիտի օքսիդացում/վերականգնում

Կաթոդի նյութերը (օրինակ՝ լիթիումի կոբալտի օքսիդ (LiCoO₂), լիթիում-նիկել-կոբալտ-մանգանի օքսիդ (NCM) և լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ (LiFePO₄)) լիցքավորման վիճակում ցուցաբերում են բարձր օքսիդացման ակտիվություն: Լուծիչները (օրինակ՝ էթիլենի կարբոնատ (EC) և դիմեթիլի կարբոնատ (DMC)) և էլեկտրոլիտի ավելացված նյութերը ենթարկվում են դանդաղ օքսիդացման քայքայման ռեակցիաների, երբ երկար ժամանակ ենթարկվում են կաթոդի բարձր պոտենցիալին: Նմանապես, անոդի կողմում, չնայած SEI թաղանթի պաշտպանությանը, կարող է տեղի ունենալ էլեկտրոլիտի հետ ռեդուկտիվ քայքայման փոքր քանակությամբ ռեակցիա: Այս ռեդո-օքսի կողային ռեակցիաները ծախսում են ակտիվ լիթիումի իոններ, ինչը հանգեցնում է տարողության կորստի:

(3) Ակտիվ նյութերում աղտոտող նյութերի ռեակցիաներ : Էլեկտրոդների ակտիվ նյութերում կամ հոսանքահաղորդիչներում առկա հետագային աղտոտող նյութեր (օրինակ՝ Fe, Cu, Zn մետաղական իոններ) կարող են էլեկտրոդների միջև առաջացնել փոքր տեղական կարճ միացումներ կամ մասնակցել պարազիտային ռեակցիաների, ինչը ծախսում է լիցք:

2. Ներքին միկրո կարճ միացում (առաջանում է արտադրության թերությունների կամ ավարտականության պատճառով):

(1) Միջնապատի թերություններ. Միջնապատի մանր անցքերը, խառնուրդները կամ թույլ հատվածները կարող են առաջացնել մանր էլեկտրոնային հաղորդականություն (միկրո կարճ միացում) դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև լիցքավորման և կորցման ցիկլերի կամ երկարատև պահպանման ընթացքում, ինչը ուղղակիորեն հանգեցնում է լիցքի կորստի: Սա անսովոր բարձր ինքնալիցքաթափման հիմնական պատճառն է: Բացի այդ, չնայած միջնապատը մակրո մակարդակում կանխում է էլեկտրոնների հաղորդումը և թույլատրում է միայն իոններին անցնել, սակայն միկրո մակարդակում էլեկտրոդային նյութը ինքնի կամ հաղորդիչ ագենտի ցանցը կարող է էլեկտրոլիտի միջով ստեղծել արտակարգ թույլ էլեկտրոնային կորուստների ճանապարհ:

(2) Դենդրիտների թափանցում. Վերալիցքավորված, ցածր ջերմաստիճաններում լիցքավորված կամ ուժեղ հետաձգված մարտկոցներում լիթիումի մետաղը կարող է բացասական էլեկտրոդի մակերևույթին անհավասարաչափ նստել, առաջացնելով դենդրիտներ: Սուր դենդրիտները կարող են թափանցել միջնապատի մեջ, միացնել դրական և բացասական էլեկտրոդները և առաջացնել ներքին կարճ միացում:

(3) Մետաղական փոշի արտադրության ընթացքում. Եթե մետաղական փոշի, որն առաջանում է արտադրության ընթացքում (օրինակ՝ էլեկտրոդները կտրելիս), մնում է էլեկտրոդների կամ միջնորմի միջև, կարող է առաջացնել միկրո կարճ միացումներ: Ամբողջովին փոշուց ազատ արտադրություն հնարավոր չէ: Երբ փոշին չի բավարարում միջնորմը ծակելու և դրական-բացասական էլեկտրոդների միջև կարճ միացում առաջացնելու համար, դրա ազդեցությունը մարտկոցի վրա նշանակալի չէ. սակայն, երբ փոշին բավականաչափ լուրջ է, որպեսզի ծակի միջնորմը, ազդեցությունը մարտկոցի վրա շատ մեծ կլինի:

3. Ջերմաստիճանի ազդեցությունը.

Ջերմաստիճանը մեկն ամենակարևոր գործոններից է: Բարձր ջերմաստիճանները զգալիորեն արագացնում են բոլոր քիմիական ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են ինքնալիցքաթափմանը (SEI թաղանթի էվոլյուցիա, էլեկտրոլիտի քայքայում, խառնուրդների ռեակցիաներ և այլն), ինչը հանգեցնում է ինքնալիցքաթափման արագության կտրուկ աճի: Ուստի մարտկոցների երկարաժամկետ պահպանումը պետք է իրականացվի ցածր ջերմաստիճաններում (սակայն խուսափելով սառեցումից):

4. Ինքնալիցքաթափման ազդեցությունը.

Տարողության կորուստ. Ամենաուղիղ ազդեցությունը հասանելի բատարեայի տարողության կրճատումն է:

Լարման անկում. Բաց շղթայի լարումը նվազում է պահեստավորման ընթացքում:

Ծերացումը արագանում է. Ինքնալիցքաթափման ընթացքում կողային ռեակցիաները (օրինակ՝ SEI-ի աճը) ծախսում են ակտիվ լիթիում և էլեկտրոլիտ, ինչը ինքնին ծերացման մեխանիզմ է:

Լիցքի վիճակը գնահատելու դժվարություն. Ինքնալիցքաթափումը դժվարացնում է լարման հիման վրա մնացած լիցքը ճշգրիտ որոշելը:

Անվտանգության ռիսկեր (եզրային դեպքերում). Անսովոր բարձր ինքնալիցքաթափումը (օրինակ՝ ծանր ներքին միկրոհակադիր միացում) կարող է բարձրացնել բատարեայի ջերմաստիճանը և նույնիսկ առաջացնել ջերմային անկառավարելիություն:

Բատարեայի ինքնալիցքաթափման հիմնական հակամիջոցներն են հետևյալները.

(1) Օպտիմալացնել մարտկոցի կոնստրուկցիան և նյութերը. բարելավել SEI թաղանթի կայունությունը, մշակել էլեկտրոլիտներ ավելի ուժեղ օքսիդացման դիմադրությամբ և բարձր մաքրության նյութերով, բարելավել միջանցքի որակը.

(2) Վերահսկել պահեստավորման պայմանները.

Տաքություն Ամենակարևորը. Փորձեք պահել մարտկոցը ցածր ջերմաստիճաններում (օրինակ՝ 10°C-25°C, խուսափել 0°C-ից ցածր ջերմաստիճաններից).

Լիցքի վիճակ. Երբ մարտկոցը երկար ժամանակ պահեստավորվում է, այն պետք է լիցքավորել չափավոր լիցքի վիճակի (օրինակ՝ 40%-60%). Լիարժեք լիցքավորված վիճակում դրական էլեկտրոդը արագացնում է էլեկտրոլիտի օքսիդացումը, իսկ ամբողջովին թույլ տված վիճակում կարող է առաջանալ բացասական էլեկտրոդի չափից ավելի լիցքաթափման վնաս։

(3) Պարբերական լիցքավորում. Երբ բատարեաները երկար ժամանակ օգտագործված չեն լինում, պետք է ստուգվի լիցքի լիցքավորվածության մակարդակը (SOC), և համապատասխան լիցքավորում կատարվի (օրինակ՝ 50%-ի հասցնելով), երբ լիցքը շատ ցածր է, որպեսզի խուսափենք խորը արտանետման և բատարեայի վնասվածքից:

(4) Արտադրական գործընթացի խիստ վերահսկում. նվազեցնել խառնուրդներն ու մետաղական փո dustլները՝ ապահովելով միջնապատի որակը:

Լիթիում-իոն ակումուլյատոր ինքնալիցքաթափումը հիմնականում պայմանավորված է ներքին քիմիական կողմնակի ռեակցիաներով, ինչպիսիք են բացասական էլեկտրոդի SEI թաղանթի անկայունությունը և էլեկտրոլիտի դանդաղ օքսիդացումը/վերականգնումը էլեկտրոդի մակերևույթին (հատկապես դրական էլեկտրոդին): Արտադրության անթերիություններից առաջացած ներքին միկրոհակադիրները (օրինակ՝ միջնապատի անթերիություններ և խառնուրդներ) կարող են հանգեցնել անոմալ բարձր ինքնալիցքաթափման արագության . Ջերմաստիճանը ինքնալիցքաթափման արագության վրա ազդող ամենամեծ արտաքին գործոնն է . Ինքնալիցքաթափման պատճառները հասկանալով կարող է օգնել օպտիմալացնել մալուխի օգտագործման և պահպանման ռազմավարությունները՝ երկարաձգելով դրա կյանքը: