1. Análise da atenuação da capacidade da bateria de íons de lítio

Eletrodos positivos e negativos, eletrólitos e diafragmas são componentes importantes das baterias de íons de lítio. Os eletrodos positivos e negativos das baterias de íon-lítio sofrem reações de inserção e extração de lítio, respectivamente, e a quantidade de lítio inserida nos eletrodos positivo e negativo torna-se o principal fator que afeta a capacidade das baterias de íon-lítio. Portanto, o equilíbrio das capacidades dos eletrodos positivos e negativos das baterias de íons de lítio deve ser mantido para garantir que a bateria tenha desempenho ideal.

2. Sobrecarga

2.1 Reação de sobrecarga do eletrodo negativo Existem muitos tipos de materiais ativos que podem ser usados como eletrodos negativos de baterias de íons de lítio, com materiais de eletrodo negativo à base de carbono, materiais de eletrodo negativo à base de silício, materiais de eletrodo negativo à base de estanho, materiais de eletrodo negativo de titanato de lítio, etc. como materiais principais. Diferentes tipos de materiais de carbono possuem diferentes propriedades eletroquímicas. Entre eles, o grafite apresenta as vantagens de alta condutividade, excelente estrutura em camadas e alta cristalinidade, o que é mais adequado para inserção e extração de lítio. Ao mesmo tempo, os materiais de grafite são acessíveis e possuem um grande estoque, por isso são amplamente utilizados.

Quando uma bateria de íons de lítio é carregada e descarregada pela primeira vez, as moléculas do solvente se decompõem na superfície do grafite e formam um filme de passivação chamado SEI. Esta reação causará perda de capacidade da bateria e é um processo irreversível. Durante o processo de sobrecarga de uma bateria de íon de lítio, ocorrerá deposição de lítio metálico na superfície negativa do eletrodo. Esta situação tende a ocorrer quando o material ativo do eletrodo positivo é excessivo em relação ao material ativo do eletrodo negativo. Ao mesmo tempo, a deposição de lítio metálico também pode ocorrer sob condições de alta taxa.

De modo geral, as razões para a formação de lítio metálico que levam à alteração na deterioração da capacidade da bateria de lítio incluem principalmente os seguintes aspectos: primeiro, leva a uma diminuição na quantidade de lítio circulatório na bateria; segundo, o lítio metálico reage com eletrólitos ou solventes para formar outros subprodutos; terceiro, o lítio metálico é depositado principalmente entre o eletrodo negativo e o diafragma, fazendo com que os poros do diafragma sejam bloqueados, resultando em um aumento na resistência interna da bateria. O mecanismo de influência da redução da capacidade da bateria de íons de lítio varia dependendo do material de grafite. A grafite natural tem uma área de superfície específica elevada, portanto a reação de autodescarga causará a perda de capacidade da bateria de lítio, e a impedância da reação eletroquímica da grafite natural como eletrodo negativo da bateria também é maior que a da grafite artificial. Além disso, fatores como a dissociação da estrutura em camadas do eletrodo negativo durante o ciclo, a dispersão do agente condutor durante a produção da peça polar e o aumento na impedância da reação eletroquímica durante o armazenamento são fatores importantes que levam à perda de capacidade da bateria de lítio.

2.2 Reação de sobrecarga do eletrodo positivo A sobrecarga do eletrodo positivo ocorre principalmente quando a proporção de material do eletrodo positivo é muito baixa, resultando em um desequilíbrio na capacidade entre os eletrodos, causando perda irreversível da capacidade da bateria de lítio e a coexistência e acúmulo contínuo de oxigênio e combustível gases decompostos do material do eletrodo positivo e do eletrólito podem trazer riscos à segurança no uso de baterias de lítio.

2.3 O eletrólito reage em alta tensão Se a tensão de carga da bateria de lítio for muito alta, o eletrólito sofrerá uma reação de oxidação e gerará alguns subprodutos, que bloquearão os microporos do eletrodo e dificultarão a migração dos íons de lítio, causando assim o ciclo capacidade de decadência. A tendência de mudança da concentração do eletrólito e da estabilidade do eletrólito é inversamente proporcional. Quanto maior a concentração do eletrólito, menor a estabilidade do eletrólito, o que por sua vez afeta a capacidade da bateria de íons de lítio. Durante o processo de carregamento, o eletrólito será consumido até certo ponto. Portanto, precisa ser complementado durante a montagem, resultando na redução dos materiais ativos da bateria e afetando a capacidade inicial da bateria.

3. Decomposição do eletrólito O eletrólito inclui eletrólitos, solventes e aditivos, e suas propriedades afetarão a vida útil, capacidade específica, taxa de carga e desempenho de descarga e desempenho de segurança da bateria. A decomposição de eletrólitos e solventes no eletrólito fará com que a capacidade da bateria seja perdida. Durante a primeira carga e descarga, a formação de filme SEI na superfície do eletrodo negativo por solventes e outras substâncias causará perda irreversível de capacidade, mas isso é inevitável. Se houver impurezas como água ou fluoreto de hidrogênio no eletrólito, o eletrólito LiPF6 pode se decompor em altas temperaturas e os produtos gerados reagirão com o material do eletrodo positivo, resultando no comprometimento da capacidade da bateria. Ao mesmo tempo, alguns produtos também reagirão com o solvente e afetarão a estabilidade do filme SEI na superfície do eletrodo negativo, fazendo com que o desempenho da bateria de íons de lítio diminua. Além disso, se os produtos da decomposição do eletrólito não forem compatíveis com o eletrólito, eles bloquearão os poros positivos do eletrodo durante o processo de migração, resultando na diminuição da capacidade da bateria. Em geral, a ocorrência de reações colaterais entre o eletrólito e os eletrodos positivo e negativo da bateria, bem como os subprodutos gerados, são os principais fatores que causam a deterioração da capacidade da bateria.

4. As baterias de íon-lítio com autodescarga geralmente apresentam perda de capacidade, um processo denominado autodescarga, que é dividido em perda de capacidade reversível e perda de capacidade irreversível. A taxa de oxidação do solvente tem impacto direto na taxa de autodescarga. Os materiais ativos positivos e negativos podem reagir com o soluto durante o processo de carregamento, resultando em desequilíbrio de capacidade e atenuação irreversível da migração de íons de lítio. Portanto, pode-se observar que a redução da área superficial do material ativo pode reduzir a taxa de perda de capacidade, e a decomposição do solvente afetará a vida útil de armazenamento da bateria. Além disso, o vazamento do diafragma também pode levar à perda de capacidade, mas esta possibilidade é baixa. Se o fenômeno de autodescarga existir por muito tempo, levará à deposição de lítio metálico e levará ainda à atenuação das capacidades positivas e negativas dos eletrodos.

5. Instabilidade do eletrodo Durante o processo de carregamento, o material ativo do eletrodo positivo da bateria fica instável, o que fará com que ele reaja com o eletrólito e afete a capacidade da bateria. Entre eles, defeitos estruturais do material do eletrodo positivo, potencial de carga excessivo e teor de negro de fumo são os principais fatores que afetam a capacidade da bateria.