लिथियम बैटरियों में क्षमता में गिरावट का कारण बनने वाले कारकों का सारांश

1 लिथियम विश्लेषण और एसईआई फिल्म

यह लेख लिथियम-आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट के तंत्र का व्यापक रूप से विश्लेषण करता है, लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने और जीवनकाल को प्रभावित करने वाले कारकों को वर्गीकृत और व्यवस्थित करता है, और ओवरचार्जिंग, एसईआई फिल्म वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइट, सेल्फ डिस्चार्ज, जैसे विभिन्न तंत्रों पर विस्तार से बताता है। सक्रिय सामग्री हानि, और वर्तमान कलेक्टर संक्षारण। यह हाल के वर्षों में बैटरी उम्र बढ़ने के तंत्र में विभिन्न क्षेत्रों में विद्वानों की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है, लिथियम-आयन बैटरी उम्र बढ़ने के प्रभावित करने वाले कारकों और कार्रवाई के तरीकों का विस्तार से विश्लेषण करता है, और उम्र बढ़ने की साइड प्रतिक्रियाओं के मॉडलिंग तरीकों पर विस्तार से बताता है।

लिथियम आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने के कारणों का वर्गीकरण और प्रभाव

1. लिथियम आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने के कारणों का वर्गीकरण

लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया विभिन्न कारकों से प्रभावित होती है जैसे इलेक्ट्रिक वाहनों में उनकी समूहीकरण विधि, पर्यावरणीय तापमान, चार्ज डिस्चार्ज दर और डिस्चार्ज गहराई। क्षमता और प्रदर्शन में गिरावट आमतौर पर कई पक्ष प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं का परिणाम है, जो कई भौतिक और रासायनिक तंत्रों से संबंधित हैं। क्षरण तंत्र और उम्र बढ़ने का रूप बहुत जटिल है। यह लिथियम-आयन बैटरी की उम्र बढ़ने का व्यापक तंत्र विश्लेषण दिखाता है। लिथियम-आयन बैटरी की वास्तविक उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में, लिथियम-आयन बैटरी के प्रत्येक घटक में अलग-अलग पक्ष प्रतिक्रियाएं या चरण संक्रमण प्रक्रियाएं होती हैं, और प्रत्येक प्रक्रिया का क्षमता क्षरण पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है।

घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर हालिया शोध प्रगति के आधार पर, लिथियम-आयन बैटरियों की क्षमता क्षरण तंत्र को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में एसईआई फिल्म वृद्धि, इलेक्ट्रोलाइट अपघटन, लिथियम-आयन बैटरियों का स्व-निर्वहन, इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों की हानि और वर्तमान कलेक्टरों का क्षरण शामिल हैं। . लिथियम-आयन बैटरियों की वास्तविक उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाओं के साथ विभिन्न पक्ष प्रतिक्रियाएं होती हैं, और विभिन्न उम्र बढ़ने वाले तंत्र एक साथ काम करते हैं और एक-दूसरे के साथ जुड़ते हैं, जिससे उम्र बढ़ने के तंत्र का अध्ययन करने में कठिनाई बढ़ जाती है।

2. लिथियम-आयन बैटरियों का पुराना प्रभाव

लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने का उनके समग्र प्रदर्शन पर गहरा प्रभाव पड़ता है, जो मुख्य रूप से चार्ज और डिस्चार्ज प्रदर्शन में गिरावट, उपलब्ध क्षमता में गिरावट और थर्मल स्थिरता में प्रकट होता है।

उम्र बढ़ने के बाद लिथियम-आयन बैटरियों की मुख्य बाहरी विशेषताएं उपलब्ध क्षमता में कमी और आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि हैं, जिसके परिणामस्वरूप वास्तविक चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता और लिथियम-आयन बैटरियों की अधिकतम उपलब्ध चार्ज और डिस्चार्ज शक्ति में कमी आती है। ; साथ ही, लिथियम-आयन बैटरियों के आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि के कारण, गर्मी उत्पादन में वृद्धि, मॉड्यूल के अंदर तापमान में वृद्धि और उपयोग के दौरान तापमान असंगतता में वृद्धि जैसी समस्याएं होती हैं, जिसके लिए थर्मल प्रबंधन प्रणाली के लिए उच्च आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है। लिथियम आयन बैटरी; हालाँकि, बैटरी समूहीकरण और कनेक्शन संरचनाओं में अंतर के कारण लिथियम-आयन बैटरियों की आंतरिक पक्ष प्रतिक्रियाएं भिन्न होती हैं, जिससे व्यक्तिगत उपयोग की स्थितियों में अंतर होता है। जैसे ही बैटरी का उपयोग किया जाता है, बैटरी के भीतर प्रत्येक व्यक्तिगत सेल की उम्र बढ़ने की दर भिन्न होती है, जिससे लिथियम-आयन बैटरी पैक की असंगतता बढ़ जाती है।

लिथियम-आयन बैटरियों का खुला सर्किट वोल्टेज वक्र लिथियम-आयन बैटरियों के वर्तमान आंतरिक इलेक्ट्रोमोटिव बल की विशेषता बताता है। लिथियम-आयन बैटरी की उम्र बढ़ने के साथ, ओपन सर्किट वोल्टेज वक्र मूल स्थिति के सापेक्ष एक निश्चित सीमा तक स्थानांतरित या विकृत हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम-आयन बैटरी के वास्तविक चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज वक्र में परिवर्तन होगा, जो बैटरी स्थिति की सटीकता को प्रभावित करता है। वास्तविक उपयोग के दौरान बैटरी प्रबंधन प्रणाली में अनुमान। लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने के साथ, लिथियम-आयन बैटरियों की अधिकतम उपलब्ध चार्ज और डिस्चार्ज दर भी कम हो जाएगी। यदि बैटरी प्रबंधन प्रणाली अनुकूली समायोजन नहीं करती है, तो ओवरचार्जिंग, ओवरडिस्चार्जिंग और लिथियम-आयन बैटरी के उच्च-शक्ति उपयोग का कारण बनना आसान है, जिससे लिथियम-आयन बैटरी के उपयोग के सुरक्षा जोखिम बढ़ जाते हैं।

लिथियम आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट का तंत्र

1. लिथियम वर्षा के कारण क्षमता में गिरावट के प्रभाव का विश्लेषण

यह आंकड़ा नकारात्मक इलेक्ट्रोड से लिथियम जमाव के कारण सक्रिय लिथियम आयनों के नुकसान को दर्शाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट से इलेक्ट्रोड सतह तक लिथियम जमाव की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम का जमाव लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने का एक महत्वपूर्ण कारण है और बैटरी सुरक्षा को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। जब नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता 0V (Li/Li+ के सापेक्ष) की सीमा से अधिक हो जाती है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम का जमाव होता है।

लिथियम वर्षा से लिथियम आयन इन्वेंटरी की अपरिवर्तनीय हानि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप उपलब्ध क्षमता में कमी आ सकती है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, लिथियम डेन्ड्राइट की वृद्धि से सक्रिय लिथियम आयनों की हानि होती है। ऐसे कई कारक हैं जो बैटरियों में लिथियम जमाव को प्रभावित करते हैं। कुछ विद्वानों का मानना ​​है कि ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम आयनों की धीमी प्रविष्टि दर या नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम आयनों की तेज़ स्थानांतरण दर लिथियम जमाव का कारण बन सकती है।ऐसे अध्ययन भी हैं जो दिखाते हैं कि कम तापमान की स्थिति में काम करने पर लिथियम आयनों की प्रसार दर धीमी हो जाती है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड कार्य क्षमता लिथियम जमाव क्षमता के बहुत करीब होती है, जिससे लिथियम जमाव करना आसान हो जाता है। इसके अलावा, बहुत छोटा एन/पी (नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता और सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता का अनुपात) लिथियम जमाव का कारण बन सकता है, और स्थानीय इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण और ज्यामितीय बेमेल भी लिथियम जमाव का कारण बन सकता है।

लिथियम विकास का उम्र बढ़ने की प्रक्रिया से गहरा संबंध है। एम यू हलबाउर एट अल. विश्वास है कि मौजूदा आंतरिक दोष वाली बैटरियों में इलेक्ट्रोड लिथियम जमाव होने की अधिक संभावना है। कबीर और डेमिरोकक ने पाया कि बैटरी में लिथियम जमाव की घटना उम्र बढ़ने के बाद के चरणों में तेज हो जाती है, जो बैटरी क्षमता विभक्ति बिंदुओं की घटना के मुख्य कारणों में से एक बन जाती है। इसका कारण यह है कि जैसे-जैसे बैटरी पुरानी होती जाती है, एसईआई पीढ़ी से नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सरंध्रता में कमी आती है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट क्षमता का ग्रेडिएंट बढ़ जाता है।इसलिए, चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता कम हो जाती है और इसके 0V से नीचे गिरने की अधिक संभावना होती है, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम का जमाव होता है; लिथियम अवक्षेपण प्रक्रिया से नकारात्मक इलेक्ट्रोड सरंध्रता में कमी हो सकती है और इलेक्ट्रोलाइट संभावित ग्रेडिएंट में वृद्धि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी की उम्र बढ़ने में तेजी आती है। जब बैटरी डिस्चार्ज अवस्था में होती है, तो डेंड्राइट पर लिथियम घुल सकता है, लेकिन यह सामग्री वर्तमान कलेक्टर के साथ संपर्क की कमी के कारण इलेक्ट्रॉन प्राप्त नहीं कर सकती है, और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाओं में भाग नहीं ले सकती है, जिससे मृत लिथियम बनता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, लिथियम के जमाव से सक्रिय लिथियम आयनों की हानि होती है।

2. क्षमता क्षरण पर एसईआई फिल्म वृद्धि का प्रभाव

एसईआई फिल्म लिथियम-आयन बैटरी की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर बनी एक निष्क्रिय फिल्म है, जिसमें आयन चालकता होती है और इलेक्ट्रॉनों को गुजरने से रोकती है, इलेक्ट्रोलाइट को नकारात्मक इलेक्ट्रोड से अलग करती है। एसईआई फिल्म वृद्धि नकारात्मक इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर लिथियम-आयन बैटरी की मुख्य प्रतिक्रिया है, जिससे अपरिवर्तनीय क्षमता हानि हो सकती है। बैटरी दर, जीवनकाल और सुरक्षा विशेषताएँ SEI फिल्म से निकटता से संबंधित हैं; सामान्य उपयोग की शर्तों के तहत, एसईआई फिल्म बैटरी में सक्रिय लिथियम के नुकसान का मुख्य कारण है।

SEI फिल्म मुख्य रूप से Li2CO3, LiF, Li2O जैसे अकार्बनिक पदार्थों के साथ-साथ ROCO2Li, ROLi, RCOO2Li (जहां R एक कार्बनिक समूह है) जैसे कार्बनिक पदार्थों से बनी है। कुछ बैटरियों के लिए, SEI फिल्म की मोटाई 100nm से अधिक तक पहुँच सकती है। लिथियम-आयन बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के साथ-साथ सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच लिथियम आयनों को बार-बार निकालना और डालना होता है। चार्जिंग के दौरान, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में सक्रिय लिथियम आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह तक पहुंचने के लिए विभाजक से गुजरेंगे, आधे सेल प्रतिक्रिया से गुजरेंगे, और फिर नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में एम्बेडेड होंगे। इस तथ्य के कारण कि लिथियम-आयन बैटरियों की नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह की कार्य क्षमता आम तौर पर इलेक्ट्रोलाइट की थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर संभावित विंडो से कम होती है, एक बार नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम आयन, इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रॉन संपर्क में आते हैं। इलेक्ट्रोलाइट की कमी की संभावना है. इसके अलावा, नकारात्मक इलेक्ट्रोड के पास पदार्थों के बीच विभिन्न जटिल प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एसई फिल्म का निर्माण होता है, जिससे लिथियम-आयन बैटरी में सक्रिय सामग्री का नुकसान होता है, जिससे अधिकतम उपलब्ध क्षमता में कमी आती है और प्रतिबाधा में वृद्धि.

एसईआई फिल्म का निर्माण भी उच्च तापमान और उच्च चार्ज स्थिति (एसओसी) स्थितियों के तहत कैलेंडर की उम्र बढ़ने का एक मुख्य कारण है। सामान्य तापमान चक्रण के तहत उत्पन्न नई बैटरियों और एसईआई फिल्मों की तुलना में, उच्च तापमान पर उत्पन्न होने वाली एसईआई फिल्मों में कम तापमान पर उत्पन्न होने वाली बैटरी की तुलना में बेहतर तापीय स्थिरता और उच्च घनत्व होता है, जो बैटरियों की उम्र बढ़ने की दर को धीमा कर सकता है। यद्यपि नकारात्मक एसईआई फिल्म की वृद्धि लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता और आंतरिक प्रतिरोध पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकती है, एक स्थिर एसईआई फिल्म इलेक्ट्रोड सामग्री की इंटरफ़ेस विशेषताओं में सुधार कर सकती है और बैटरी साइक्लिंग प्रदर्शन को बढ़ा सकती है। कुछ विद्वानों का यह भी मानना ​​है कि एसईआई फिल्म की घनी आंतरिक परत (प्रारंभिक एसईआई फिल्म) और छिद्रपूर्ण बाहरी परत (दीर्घकालिक विकास परत) द्वारा बनाई गई दोहरी परत संरचना बैटरी विशेषताओं पर एसईआई फिल्म के प्रभाव को बेहतर ढंग से समझा सकती है।

हालाँकि SEI फिल्म की संरचना का सटीक विश्लेषण करना अभी भी मुश्किल है, SEI फिल्म की वृद्धि, टूटना और पुनर्जनन प्रक्रिया को बैटरी क्षमता क्षरण प्रक्रिया से निकटता से संबंधित माना जाता है। एसईआई फिल्म प्रारंभिक गठन के दौरान बनती है, और इस समय, एसईआई फिल्म ढीली और छिद्रपूर्ण होती है। इलेक्ट्रोलाइट फिल्म की सतह पर छिद्रों के माध्यम से घुसपैठ करता है और इलेक्ट्रोड के संपर्क में आने पर अपघटन प्रतिक्रिया से गुजरता है। उत्पाद छिद्रों को भर देते हैं, जिससे एसईआई फिल्म सघन हो जाती है। हालाँकि, बैटरी के दीर्घकालिक उपयोग चक्र के दौरान, इलेक्ट्रोड सामग्री स्वयं भी विस्तार और टूटना जैसी घटनाओं का अनुभव करती है, जिससे सतह पर एसईआई मोड तनाव सहन करता है और पतला हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एसईआई फिल्म की निरंतर वृद्धि होती है। चक्र। हालाँकि, तेजी से डिस्चार्ज के दौरान एसईआई फिल्म भी क्षतिग्रस्त हो सकती है, जिसके दौरान इलेक्ट्रोड की मात्रा तेजी से सिकुड़ती है, जिससे एसईआई फिल्म उच्च तनाव के तहत टूट जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एसईआई फिल्म विफल हो जाती है। एसईआई फिल्म जो टूट गई है वह बाद की साइकिलिंग प्रक्रिया के दौरान धीरे-धीरे खुद की मरम्मत कर लेती है। हालाँकि, स्थानीय टूटन के कारण एसईआई फिल्म की समग्र संरचना अनियमित हो जाएगी, और बढ़ते हिस्से के पास वर्तमान घनत्व अधिक होगा, जिससे उस हिस्से में एसईआई फिल्म के विकास, टूटने और पुनर्विकास में तेजी लाने के लिए सकारात्मक प्रतिक्रिया बनेगी। जिससे स्थानीय क्षेत्र में असामान्य उम्र बढ़ने लगती है और धीरे-धीरे बैटरी की समग्र क्षमता में गिरावट आती है।

उचित निर्माण तकनीक एसईआई फिल्म के घनत्व में सुधार कर सकती है, जिससे उम्र बढ़ने की प्रक्रिया धीमी हो सकती है। साथ ही, कम तापमान वाला वातावरण भी सघन एसईआई फिल्म के निर्माण के लिए अनुकूल होता है, जिससे बैटरियों की सेवा जीवन में सुधार होता है।

2 वर्तमान संग्राहकों का क्षरण और सक्रिय सामग्रियों की हानि

यह लेख लिथियम-आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट के तंत्र का व्यापक रूप से विश्लेषण करता है, लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने और जीवनकाल को प्रभावित करने वाले कारकों को वर्गीकृत और व्यवस्थित करता है, और ओवरचार्जिंग, एसईआई फिल्म वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइट, सेल्फ डिस्चार्ज, जैसे विभिन्न तंत्रों पर विस्तार से बताता है। सक्रिय सामग्री हानि, और वर्तमान कलेक्टर संक्षारण। यह हाल के वर्षों में बैटरी उम्र बढ़ने के तंत्र में विभिन्न क्षेत्रों में विद्वानों की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है, लिथियम-आयन बैटरी उम्र बढ़ने के प्रभावित करने वाले कारकों और कार्रवाई के तरीकों का विस्तार से विश्लेषण करता है, और उम्र बढ़ने की साइड प्रतिक्रियाओं के मॉडलिंग तरीकों पर विस्तार से बताता है।

वर्तमान संग्राहकों के क्षरण के कारण क्षमता हानि

वर्तमान कलेक्टर लिथियम-आयन बैटरी में एक प्रमुख घटक है, जो सक्रिय सामग्रियों को ले जाने, उन्हें इकट्ठा करने और आउटपुट करने के लिए जिम्मेदार है। वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले वर्तमान संग्राहक तांबे और एल्यूमीनियम हैं: तांबा उच्च क्षमता पर ऑक्सीकरण के लिए प्रवण होता है और ग्रेफाइट और सिलिकॉन जैसी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के लिए वर्तमान संग्राहक के रूप में उपयुक्त है; लागत, यांत्रिक शक्ति, चालकता और थर्मल चालकता में इसके फायदे के कारण, एल्यूमीनियम को आम तौर पर बैटरी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड वर्तमान कलेक्टरों के लिए सबसे उपयुक्त सामग्रियों में से एक माना जाता है।

वर्तमान कलेक्टर के क्षरण से बैटरी का जीवनकाल कम हो जाएगा और इसकी स्थिरता और सुरक्षा प्रभावित होगी। अत्यधिक परिचालन स्थितियों जैसे ओवर डिस्चार्ज, जैसे कि जब वोल्टेज 1.5V तक गिर जाता है, तो तांबे को इलेक्ट्रोलाइट में तांबे के आयनों में ऑक्सीकरण किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप तांबे के वर्तमान कलेक्टरों का विघटन होगा। ओवरडिस्चार्जिंग द्वारा ऑक्सीकृत तांबे के आयन अवक्षेपित हो जाएंगे और बाद की चार्जिंग के दौरान धात्विक तांबे के रूप में नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की सतह पर जमा हो जाएंगे। नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर जमा तांबा लिथियम के सम्मिलन और हटाने में बाधा उत्पन्न करेगा और एसईआई फिल्म को मोटा कर देगा, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता में गिरावट आएगी।

वर्तमान संग्राहकों के क्षरण के कारण बैटरियों की उम्र बढ़ना मुख्य रूप से आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि से प्रकट होता है। ज़ू ज़ियाउ एट अल के शोध परिणाम। इंगित करें कि वर्तमान संग्राहक के रूप में एल्यूमीनियम फ़ॉइल वाली बैटरियों में उच्च एसी प्रतिबाधा होती है, और उनकी क्षमता 10 डिग्री सेल्सियस पर 350 चक्रों के बाद प्रारंभिक मूल्य के 10% तक कम हो जाती है; एल्युमीनियम फ़ॉइल की तुलना में संक्षारणित एल्युमीनियम फ़ॉइल में महत्वपूर्ण सुधार हुआ है, लेकिन इसकी स्थिरता अभी भी खराब है। 10 डिग्री सेल्सियस पर 350 चक्रों के बाद, क्षमता प्रारंभिक मूल्य के 22% तक कम हो जाती है। सॉन्ग वेनजी और अन्य लोगों के शोध से पता चला है कि इलेक्ट्रोलाइट के रूप में लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट वाले इलेक्ट्रोलाइट्स में, पानी की थोड़ी मात्रा इलेक्ट्रोलाइट अपघटन को बढ़ावा दे सकती है और स्थिर अकार्बनिक लवण का उत्पादन कर सकती है, जिससे एल्यूमीनियम वर्तमान कलेक्टरों के क्षरण को रोका जा सकता है। लेकिन नमी के उत्पादन के साथ, इलेक्ट्रोलाइट के ऑक्सीकरण अपघटन उत्पाद एल्यूमीनियम पन्नी की सतह पर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं, जिससे एल्यूमीनियम पन्नी का क्षरण होता है और तेज होता है। लियू जिओ एट अल। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके साइक्लिंग प्रक्रिया के दौरान तांबे के वर्तमान संग्राहकों की मोटाई में परिवर्तन का विश्लेषण किया गया। परिणामों से पता चला कि छिद्रपूर्ण परत की मोटाई धीरे-धीरे बढ़ी/वर्तमान कलेक्टर की मोटाई कम हो गई। इलेक्ट्रोकेमिकल साइक्लिंग प्रक्रिया के दौरान, कॉपर करंट कलेक्टर के क्षरण के कारण छिद्रित परत के विघटन और गठन के परिणामस्वरूप कॉपर करंट कलेक्टर की मोटाई में लगातार कमी आई, जिससे आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि हुई।

इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के नुकसान के कारण क्षमता में गिरावट

चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में एम्बेडेड और डिइंटरक्लेटेड हो जाएंगे, जिससे इलेक्ट्रोड सामग्री की मात्रा में परिवर्तन होगा और यांत्रिक तनाव पैदा होगा। डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान, नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री लिथियम हटाने के कारण मात्रा में कमी से गुजरती है, जबकि सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री लिथियम सम्मिलन के कारण मात्रा विस्तार से गुजरती है। जब नकारात्मक इलेक्ट्रोड का वॉल्यूम संकोचन सकारात्मक इलेक्ट्रोड के वॉल्यूम विस्तार से अधिक होता है, तो बैटरी का बाहरी प्रदर्शन कुल वॉल्यूम संकोचन होगा, अन्यथा बैटरी वॉल्यूम विस्तार प्रदर्शित करेगी; उच्च दर चार्जिंग के दौरान, बैटरी का विस्तार जारी रहेगा, जबकि कम दर चार्जिंग के दौरान, बैटरी चार्जिंग के शुरुआती चरणों के दौरान वॉल्यूम में विस्तारित होगी, चार्जिंग के मध्य चरणों के दौरान सिकुड़ जाएगी, और चार्जिंग के बाद के चरणों में फिर से विस्तारित होगी। चार्ज और डिस्चार्ज स्थितियों के तहत ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड का मात्रा परिवर्तन 10% से अधिक नहीं होता है, लेकिन इस प्रक्रिया के दौरान मात्रा परिवर्तन से उत्पन्न तनाव अभी भी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री को नुकसान पहुंचाने की संभावना है।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री भी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान विरूपण से गुजरती है, जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट सामग्री में LiFePO4 और FePO4 चरणों की उपस्थिति, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान लगभग 6.81% की मात्रा में परिवर्तन के साथ; चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान LiMn2O4 और Mn2O4 का विरूपण लगभग 6.5% है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की तुलना में, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री तनाव से अधिक प्रभावित होती है। शोध में पाया गया है कि प्रसार प्रक्रिया इलेक्ट्रोड सामग्रियों में लिथियम आयनों की सांद्रता प्रवणता को बढ़ाती है, जिससे स्थानीय मात्रा में विस्तार होता है। यह असमान विस्तार प्रसार प्रेरित तनाव (डीआईएस) उत्पन्न करता है। जब प्रसार प्रेरित तनाव एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, तो कण टूटना हो सकता है, और सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री हानि का योजनाबद्ध आरेख चित्र 5 में दिखाया गया है। यह घटना तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रियाओं के दौरान अधिक स्पष्ट है।

बैटरियों का थर्मल तनाव मुख्य रूप से आंतरिक तापमान अंतर और तापमान परिवर्तन के कारण होता है। शी क़ितोंग ने परोक्ष रूप से बैटरी की मोटाई की दिशा में परिवर्तन द्वारा आंतरिक तनाव पर तापमान परिवर्तन के प्रभाव की विशेषता बताई, लेकिन थर्मल तनाव के कारण बैटरी की क्षति का विश्लेषण नहीं किया। लू शिगांग एट अल। वर्गाकार बैटरियों के आंतरिक तापमान क्षेत्र और थर्मल तनाव क्षेत्र की वितरण जानकारी के आधार पर थर्मल तनाव को प्रभावित करने वाले कारकों का मात्रात्मक विश्लेषण करने के लिए सिमुलेशन मॉडलिंग विधियों का उपयोग किया जाता है। उन्होंने पाया कि ज्यामितीय केंद्र में तापमान सबसे अधिक था, और बैटरी का केंद्रीय क्षेत्र उच्च तापमान विस्तार के कारण तनाव संपीड़न के अधीन था, जबकि पार्श्व क्षेत्र तन्य तनाव के अधीन था; इसी समय, पक्ष के केंद्र में संकेंद्रित तापीय तनाव की घटना होती है। कार्लस्टेड और एएसपी ने इलेक्ट्रोड सामग्री में लिथियम आयन सांद्रता में अंतर और इलेक्ट्रोकेमिकल साइक्लिंग द्वारा उत्पन्न थर्मल तनाव के कारण होने वाले प्रसार प्रेरित तनाव के आधार पर बेलनाकार बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान आंतरिक तनाव पर मात्रा और तापमान परिवर्तन के प्रभावों का विश्लेषण किया। उनका मानना ​​था कि तनाव चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दर और स्टैकिंग आयाम जैसे मापदंडों से संबंधित है। जीई एट अल. विश्वास है कि नकारात्मक तापीय विस्तार गुणांक वाली सामग्रियों से बने इलेक्ट्रोड लिथियम आयन सम्मिलन और निष्कर्षण के कारण होने वाले गंभीर विस्तार और संकुचन को प्रभावी ढंग से समाप्त कर सकते हैं।

3 इलेक्ट्रोलाइट और डायाफ्राम अपघटन

यह लेख लिथियम-आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट के तंत्र का व्यापक रूप से विश्लेषण करता है, लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने और जीवनकाल को प्रभावित करने वाले कारकों को वर्गीकृत और व्यवस्थित करता है, और ओवरचार्जिंग, एसईआई फिल्म वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइट, सेल्फ डिस्चार्ज, जैसे विभिन्न तंत्रों पर विस्तार से बताता है। सक्रिय सामग्री हानि, और वर्तमान कलेक्टर संक्षारण। यह हाल के वर्षों में बैटरी उम्र बढ़ने के तंत्र में विभिन्न क्षेत्रों में विद्वानों की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है, लिथियम-आयन बैटरी उम्र बढ़ने के प्रभावित करने वाले कारकों और कार्रवाई के तरीकों का विस्तार से विश्लेषण करता है, और उम्र बढ़ने की साइड प्रतिक्रियाओं के मॉडलिंग तरीकों पर विस्तार से बताता है।

क्षमता क्षरण पर इलेक्ट्रोलाइट अपघटन का प्रभाव

इलेक्ट्रोलाइट एक आयनिक कंडक्टर है जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच लिथियम आयनों का संचालन कर सकता है। जैसे-जैसे चक्रों की संख्या बढ़ती है, इलेक्ट्रोलाइट समय के साथ कुछ ऑक्सीकरण या अपघटन प्रतिक्रियाओं से गुजरता है, जिससे इसकी द्रव्यमान स्थानांतरण क्षमता कमजोर हो जाती है और बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाता है।

बैटरी की सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतहों के साथ प्रतिक्रिया करने के अलावा, इलेक्ट्रोलाइट लिथियम जमाव और हीटिंग के तहत प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला से भी गुजरता है; गर्म करने पर, इलेक्ट्रोलाइट विघटित हो सकता है और CO2 जैसी गैसें उत्पन्न कर सकता है, और तापमान में और वृद्धि से दहन और विस्फोट भी हो सकता है।

अनुसंधान से पता चला है कि जब ऑपरेटिंग वोल्टेज इलेक्ट्रोलाइट की इलेक्ट्रोकेमिकल स्थिरता विंडो से अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइट और सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के बीच एक ऑक्सीडेटिव अपघटन प्रतिक्रिया होती है। इलेक्ट्रोलाइट और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच एसईआई फिल्म का निर्माण, साथ ही लिथियम विकास के दौरान इलेक्ट्रोलाइट की प्रतिक्रिया प्रक्रिया का अक्सर उम्र बढ़ने के अन्य रूपों के साथ संयोजन में अध्ययन किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट में कार्बनिक सॉल्वैंट्स बैटरी संचालन के दौरान एस्टर विनिमय और पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं, और LiPF6 जैसे प्रवाहकीय लवण कार्बनिक फॉस्फेट और फ्लोराइट्स बनाने के लिए प्रतिक्रिया में विघटित हो जाते हैं। हेन्शेल एट अल. पांच ऑटोमोटिव निर्माताओं से लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स की उम्र बढ़ने का विश्लेषण किया और पाया कि लिथियम-आयन बैटरी की उम्र बढ़ने के साथ, ऊर्जा और पावर बैटरी दोनों में इलेक्ट्रोलाइट को अलग-अलग डिग्री के नुकसान का अनुभव होगा, और LiPF6 की एकाग्रता में काफी कमी आएगी।

क्षमता क्षरण पर डायाफ्राम अपघटन का प्रभाव

विभाजक लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक प्रमुख सामग्री है, जो इलेक्ट्रॉनों को अलग कर सकता है। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन फैलते हैं और फैलते हैं, सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को भौतिक रूप से अलग करते हैं। इसलिए, बैटरी के सुरक्षित संचालन के लिए विभाजक महत्वपूर्ण है। लिथियम-आयन बैटरियों की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, विभाजक में उच्च रासायनिक स्थिरता, अच्छी वेटेबिलिटी, अच्छी थर्मल स्थिरता, उच्च यांत्रिक शक्ति और उच्च सरंध्रता होनी चाहिए। झिल्ली की उच्च सरंध्रता आयन परिवहन की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, जबकि झिल्ली का पुराना रूप मुख्य रूप से झिल्ली छिद्रों की रुकावट के कारण होता है, जो इलेक्ट्रोड के बीच आयन परिवहन में बाधा डालता है, जिसके परिणामस्वरूप शक्ति क्षीण और प्रतिबाधा में वृद्धि होती है।

झिल्ली की उम्र बढ़ने का कारण इलेक्ट्रोलाइट के अपघटन उत्पादों और सक्रिय सामग्रियों द्वारा झिल्ली छिद्रों की रुकावट है, जिससे प्रतिबाधा में वृद्धि और बिजली क्षमता में कमी हो सकती है। झिल्ली की उम्र बढ़ने के मुख्य कारण न केवल इलेक्ट्रोलाइट क्षरण, झिल्ली छिद्रों से गुजरने वाले लिथियम डेंड्राइट और उच्च तापमान या चक्रण के कारण संरचनात्मक गिरावट हैं, बल्कि झिल्ली की सतह पर इलेक्ट्रोलाइट अपघटन उत्पादों का असमान जमाव भी है, जिससे झिल्ली में कमी हो सकती है। आयन चालकता. वू एट अल. झिल्ली क्षति और उम्र बढ़ने के तंत्र का विश्लेषण किया, और माना कि झिल्ली क्षति का मुख्य कारण यह है कि लिथियम विकास के दौरान उत्पन्न डेंड्राइट पतली फिल्म को छेद सकते हैं, जिससे बैटरी की क्षमता में कमी या यहां तक ​​कि आंतरिक शॉर्ट सर्किट भी हो सकता है। झिल्ली की सतह पर असममित संशोधन लिथियम डेन्ड्राइट के विकास को प्रभावी ढंग से रोक सकता है और झिल्ली के जीवनकाल में सुधार कर सकता है।

4 तापमान+चार्ज डिस्चार्ज दर+ओवरचार्ज

यह लेख लिथियम-आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट के तंत्र का व्यापक रूप से विश्लेषण करता है, लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने और जीवनकाल को प्रभावित करने वाले कारकों को वर्गीकृत और व्यवस्थित करता है, और ओवरचार्जिंग, एसईआई फिल्म वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइट, सेल्फ डिस्चार्ज, जैसे विभिन्न तंत्रों पर विस्तार से बताता है। सक्रिय सामग्री हानि, और वर्तमान कलेक्टर संक्षारण। यह हाल के वर्षों में बैटरी उम्र बढ़ने के तंत्र में विभिन्न क्षेत्रों में विद्वानों की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है, लिथियम-आयन बैटरी उम्र बढ़ने के प्रभावित करने वाले कारकों और कार्रवाई के तरीकों का विस्तार से विश्लेषण करता है, और उम्र बढ़ने की साइड प्रतिक्रियाओं के मॉडलिंग तरीकों पर विस्तार से बताता है।

तापमान वातावरण का लिथियम-आयन बैटरियों के प्रदर्शन, सुरक्षा और जीवनकाल पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि लिथियम-आयन बैटरियां 15-35 डिग्री के तापमान रेंज में संचालन के लिए उपयुक्त हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, विभिन्न थर्मल प्रबंधन तकनीकों का उपयोग आम तौर पर लिथियम-आयन बैटरी के ऑपरेटिंग तापमान को विनियमित करने के लिए किया जाता है, जिससे उनके चक्र जीवन का विस्तार होता है और पूरे बैटरी जीवन चक्र की सुरक्षा में सुधार होता है। कम तापमान पर, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया दर धीमी हो जाती है, इलेक्ट्रोलाइट चालकता कम हो जाती है, एसईआई फिल्म प्रतिबाधा बढ़ जाती है, लिथियम आयन स्थानांतरण प्रतिबाधा बढ़ जाती है, और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग स्थितियों के तहत ध्रुवीकरण वोल्टेज बढ़ जाता है। इसलिए, चार्जिंग के दौरान लिथियम का जमाव होने का खतरा होता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी की क्षमता में अपरिवर्तनीय कमी आती है और यहां तक ​​कि सुरक्षा जोखिम भी पैदा होता है।

उच्च तापमान पर काम करते समय, प्रतिक्रिया कैनेटीक्स (अरहेनियस प्रभाव) के कारण, लिथियम-आयन बैटरी की विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है, आंतरिक प्रतिरोध कम हो जाता है, और क्षमता बढ़ जाती है; लगातार उच्च तापमान बैटरी में आंतरिक साइड प्रतिक्रियाओं को तेज करेगा, जिससे इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण और अपघटन होगा और एसईआई फिल्म के निर्माण को बढ़ावा मिलेगा, जिसके परिणामस्वरूप अपरिवर्तनीय क्षमता हानि और प्रतिबाधा में वृद्धि होगी। लिथियम-आयन बैटरियों के संचालन के दौरान, इलेक्ट्रोड और विभाजक जैसे आंतरिक घटकों की कम तापीय चालकता के कारण, बैटरी कोशिकाओं के अंदर तापमान प्रवणता उत्पन्न होती है। तापमान प्रवणता की घटना उच्च दर और निम्न तापमान वाले वातावरण में अधिक स्पष्ट होती है, और यह स्थानिक तापमान वितरण अंतर वर्तमान घनत्व के गैर-समान वितरण को बढ़ा सकता है, जिससे बैटरी क्षरण में तेजी आ सकती है।

चार्ज डिस्चार्ज दर

मौजूदा दर से लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता में भी कमी आ सकती है। चार्ज डिस्चार्ज दर में वृद्धि से क्षमता क्षय दर और उच्च-ऊर्जा लिथियम-आयन बैटरियों के ओमिक प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध की वृद्धि दर में तेजी आएगी, ध्रुवीकरण प्रतिरोध की वृद्धि दर ओमिक प्रतिरोध की तुलना में अधिक होगी। बैटरी पैक की उम्र बढ़ने और स्थिरता पर चार्ज डिस्चार्ज दर का प्रभाव मुख्य रूप से छोटी क्षमता वाले एकल कोशिकाओं की उम्र बढ़ने में प्रकट होता है। छोटी क्षमता वाली बैटरियों के लिए, उच्च चार्ज और डिस्चार्ज दरों के तहत, ओवरचार्जिंग और ओवरडिस्चार्जिंग घटनाएं अधिक बार होती हैं, जो छोटी क्षमता वाली बैटरियों की क्षमता क्षय को तेज करती हैं और सकारात्मक प्रतिक्रिया बनाती हैं। इससे बैटरी पैक की उपलब्ध क्षमता में कमी आ सकती है, और यहां तक ​​कि ओवरचार्जिंग और डिस्चार्जिंग जैसी घटनाओं के कारण थर्मल सुरक्षा संबंधी समस्याएं भी पैदा हो सकती हैं। उच्च दर चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों के कारण बैटरी की उम्र बढ़ने का तंत्र मुख्य रूप से उच्च दर चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान उत्पन्न प्रसार प्रेरित तनाव के कारण सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के नुकसान के कारण होता है; बैटरी की उम्र बढ़ने के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के वॉल्यूम अंश में कमी को ध्यान में रखते हुए, यह इलेक्ट्रोड सामग्री के प्रति यूनिट क्षेत्र में वर्तमान घनत्व में वृद्धि की प्रवृत्ति को बढ़ावा देगा। इसलिए, उच्च दर चार्ज डिस्चार्ज चक्र स्थितियों के तहत, बैटरी की उम्र बढ़ने की प्रवृत्ति त्वरित होगी।

डबरी एट अल. कई चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दरों का उपयोग करके समग्र सकारात्मक लिथियम-आयन बैटरी पर उम्र बढ़ने के प्रयोग किए गए, और परिणामों से पता चला कि उच्च दर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से बैटरी के प्रदर्शन में गिरावट में तेजी आएगी; गिरावट के परिणामों का विश्लेषण करने के बाद, यह माना जाता है कि उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है। पहले चरण में क्षमता का नुकसान नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एसईआई फिल्म के गठन के कारण सक्रिय लिथियम आयनों के नुकसान से होता है, जबकि दूसरे चरण में गिरावट इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के नुकसान से होती है। चेंग एट अल. एनसीएम लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने की विशेषताओं का अध्ययन किया और पाया कि उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की संरचनात्मक क्षति और नकारात्मक इलेक्ट्रोड एसईआई फिल्म के गठन के साथ-साथ चक्रों की संख्या के साथ क्षमता हानि बढ़ जाती है। बार्सिलोना और पाइगारी, चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रियाओं के दौरान तापमान परिवर्तन के पेल्टियर दमन के माध्यम से मानते हैं कि एक निश्चित वर्तमान दर और विशिष्ट एसओसी स्थितियों के भीतर बैटरी की उम्र बढ़ने और वर्तमान दर के बीच कोई महत्वपूर्ण संबंध नहीं है। यांग एट अल. इलेक्ट्रोकेमिकल थर्मल संयुक्त मॉडल का उपयोग करके बैटरी प्रदर्शन में गिरावट और चक्रों की संख्या के बीच संबंधों पर चर्चा की गई जिसमें साइड प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। उनका मानना ​​था कि जैसे-जैसे चक्रों की संख्या बढ़ेगी, बैटरी की उम्र बढ़ने में एक महत्वपूर्ण मोड़ आएगा, जो लगभग रैखिक से गैर-रेखीय में संक्रमण की प्रक्रिया दिखाएगा। बाद में नॉनलाइनियर त्वरित उम्र बढ़ने का मुख्य कारण नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर लिथियम जमाव की घटना थी।

क्षमता क्षरण पर ओवरचार्जिंग के प्रभाव का विश्लेषण

ओवरचार्जिंग के कारण बैटरियों की क्षमता में गिरावट में मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड ओवरचार्जिंग के कारण लिथियम जमाव, सकारात्मक इलेक्ट्रोड ओवरचार्जिंग के कारण गैस उत्पादन और इलेक्ट्रोलाइट ओवरचार्जिंग के दौरान तीव्र साइड प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

जब नकारात्मक इलेक्ट्रोड को ओवरचार्ज किया जाता है, तो लिथियम इवोल्यूशन प्रतिक्रिया होती है, जिससे धात्विक लिथियम का जमाव होता है, जो तब होने की अधिक संभावना होती है जब नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री की तुलना में सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री की अधिकता होती है। हालाँकि, उच्च दर चार्जिंग के मामले में, भले ही सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों का अनुपात सामान्य हो, लिथियम का विकास अभी भी हो सकता है। धात्विक लिथियम के जमाव से निम्नलिखित पहलुओं से बैटरियों की क्षमता में गिरावट हो सकती है: ① बैटरी में पुनर्चक्रण योग्य लिथियम की मात्रा में कमी; अवक्षेपित धातु लिथियम सॉल्वैंट्स या इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ साइड रिएक्शन से गुजरता है, अन्य उप-उत्पाद बनाता है और इलेक्ट्रोलाइट का उपभोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप डिस्चार्ज दक्षता में कमी आती है; ③ लिथियम धातु मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड और विभाजक के बीच जमा होती है, जिससे विभाजक छिद्रों में रुकावट हो सकती है और बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ सकता है।

जब सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री का नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री से अनुपात बहुत कम होता है, तो सकारात्मक इलेक्ट्रोड ओवरचार्जिंग होने का खतरा होता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड ओवरचार्जिंग मुख्य रूप से इलेक्ट्रोकेमिकल निष्क्रिय पदार्थों, ऑक्सीजन हानि और अन्य रूपों के उत्पादन के माध्यम से बैटरियों की क्षमता में गिरावट का कारण बनती है। इलेक्ट्रोड के बीच क्षमता संतुलन में व्यवधान के कारण, बैटरी क्षमता की अपरिवर्तनीय हानि हो सकती है। साथ ही, सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया से निकलने वाली ऑक्सीजन भी लिथियम-आयन बैटरी के उपयोग के लिए सुरक्षा खतरे पैदा कर सकती है।

यदि लिथियम-आयन बैटरी का चार्जिंग वोल्टेज बहुत अधिक है, तो यह इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं का कारण बनेगा और अघुलनशील पदार्थ (जैसे Li2CO3) और गैसें उत्पन्न करेगा। ये उप-उत्पाद इलेक्ट्रोड माइक्रोप्रोर्स को अवरुद्ध कर देंगे, लिथियम आयनों के प्रवासन में बाधा डालेंगे और साइकिल चलाने की क्षमता में कमी का कारण बनेंगे। इसके अलावा, जैसे-जैसे इलेक्ट्रोलाइट की खपत होती है, इसकी द्रव्यमान स्थानांतरण क्षमता कमजोर हो जाती है, जिससे बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि होती है। इसके अलावा, यदि ठोस उत्पाद उत्पन्न होते हैं, तो इलेक्ट्रोड सतह पर एक निष्क्रियता फिल्म बन सकती है, जो बैटरी ध्रुवीकरण को बढ़ाएगी और बैटरी के आउटपुट वोल्टेज को कम करेगी।

5 बैटरी असंगतता+चार्जिंग विधि+चार्ज और डिस्चार्ज की गहराई

यह लेख लिथियम-आयन बैटरियों में क्षमता में गिरावट के तंत्र का व्यापक रूप से विश्लेषण करता है, लिथियम-आयन बैटरियों की उम्र बढ़ने और जीवनकाल को प्रभावित करने वाले कारकों को वर्गीकृत और व्यवस्थित करता है, और ओवरचार्जिंग, एसईआई फिल्म वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइट, सेल्फ डिस्चार्ज, जैसे विभिन्न तंत्रों पर विस्तार से बताता है। सक्रिय सामग्री हानि, और वर्तमान कलेक्टर संक्षारण। यह हाल के वर्षों में बैटरी उम्र बढ़ने के तंत्र में विभिन्न क्षेत्रों में विद्वानों की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है, लिथियम-आयन बैटरी उम्र बढ़ने के प्रभावित करने वाले कारकों और कार्रवाई के तरीकों का विस्तार से विश्लेषण करता है, और उम्र बढ़ने की साइड प्रतिक्रियाओं के मॉडलिंग तरीकों पर विस्तार से बताता है।

बैटरी की आंतरिक असंगति

पूरे वाहन की ऊर्जा और ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, लिथियम-आयन बैटरी कोशिकाओं को इलेक्ट्रिक वाहनों में लगाने से पहले आमतौर पर श्रृंखला या समानांतर में जोड़ने की आवश्यकता होती है। विनिर्माण प्रक्रियाओं, कामकाजी वातावरण और अन्य स्थितियों में अंतर के कारण, कोशिकाएं क्षमता, प्रतिबाधा, कट-ऑफ वोल्टेज और अन्य विशेषताओं में अंतर प्रदर्शित कर सकती हैं। इस असंगतता के कारण जटिल वाहन परिचालन स्थितियों के तहत बैटरी पैक की उम्र बढ़ने में तेजी आ सकती है, जिससे इलेक्ट्रिक वाहनों की स्थायित्व, विश्वसनीयता और सुरक्षा प्रभावित हो सकती है।

बैटरियों की असंगतता मुख्य रूप से कारखाने में विनिर्माण प्रक्रियाओं और सामग्रियों में सूक्ष्म अंतर के साथ-साथ बैटरी के बाद के उपयोग के दौरान उपयोग के माहौल में अंतर के कारण होती है। विसंगतियां मुख्य रूप से बैटरी वोल्टेज, आंतरिक प्रतिरोध और क्षमता जैसे मापदंडों में परिलक्षित होती हैं। जीवनकाल पर वोल्टेज असंगति का प्रभाव मुख्य रूप से डिस्चार्ज के अंत में परिलक्षित होता है। कम वोल्टेज वाले सेल कट-ऑफ वोल्टेज तक पहले पहुंच जाएंगे और पूरी तरह से खाली स्थिति में पहुंच जाएंगे, जबकि अन्य बैटरियों में कट-ऑफ वोल्टेज की तुलना में अधिक वोल्टेज होता है और आंतरिक रूप से अभी भी कुछ क्षमता होती है। कम एसओसी पर बैटरियों के डिस्चार्ज होने से उनके जीवनकाल पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, इसलिए, पूरी तरह से खाली कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की दर अन्य बैटरियों की तुलना में तेज होगी।

शोध से पता चला है कि लिथियम-आयन बैटरी मॉड्यूल/सिस्टम की असंगति और लिथियम-आयन बैटरी कोशिकाओं की असंगति के बीच एक मजबूत संबंध है। सामान्य तौर पर, बैटरी पैक की सेवा जीवन बैटरी पैक में सबसे कम एकल बैटरी की सेवा जीवन से कम होती है। लिथियम-आयन बैटरी पैक के उपयोग में असंगतता के कारण, प्रत्येक व्यक्तिगत सेल की वास्तविक क्षमता अलग-अलग होती है। इसलिए, समान लोड वर्तमान स्थितियों के तहत, प्रत्येक सेल की चार्ज और डिस्चार्ज की वास्तविक गहराई भी भिन्न होती है। लंबे समय तक गहरे डिस्चार्ज की स्थिति में उपयोग किए जाने वाले बैटरी पैक का जीवनकाल उथले डिस्चार्ज की स्थिति में उपयोग किए जाने वाले बैटरी पैक की तुलना में कम होता है; इष्टतम चार्जिंग और डिस्चार्जिंग करंट से अधिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग पावर भी बैटरी पैक की सेवा जीवन को प्रभावित कर सकती है। ज़िबरमैन एट अल. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ संयुक्त विभेदक वोल्टेज विधि का उपयोग करके श्रृंखला संरचित लिथियम-आयन बैटरी पैक की उम्र बढ़ने की विशेषताओं का अध्ययन किया गया। परिणामों से पता चला कि 5 डिग्री के तापमान प्रवणता से बैटरी की उम्र बढ़ने की दर में अंतर आएगा, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी पैक की क्षमता में गिरावट और प्रदर्शन में गिरावट आएगी।

चार्जिंग फॉर्म और रणनीति

लिथियम-आयन बैटरियों की चार्जिंग प्रक्रिया का लिथियम-आयन बैटरियों की क्षमता में गिरावट पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। शोध के नतीजे बताते हैं कि लिथियम-आयन बैटरियों के चार्जिंग कट-ऑफ वोल्टेज का उम्र बढ़ने की प्रक्रिया पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। एक उदाहरण के रूप में लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड सिस्टम लिथियम-आयन बैटरी को लेते हुए, यह मानते हुए कि इसकी चार्जिंग कट-ऑफ वोल्टेज 4V है, कट-ऑफ वोल्टेज को थोड़ा कम करने से उपलब्ध चक्र जीवन में प्रभावी ढंग से सुधार हो सकता है। लेकिन इसकी उपलब्ध क्षमता भी उसी हिसाब से कम हो जायेगी. यह संपत्ति लिथियम-आयन बैटरियों के लिए तेज़ चार्जिंग रणनीतियों के डिज़ाइन के लिए मार्गदर्शन प्रदान कर सकती है। दूसरी ओर, लिथियम-आयन बैटरियों की तेज़ चार्जिंग का भी उम्र बढ़ने पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। शोध के नतीजे बताते हैं कि 100% फास्ट चार्जिंग के तहत उम्र बढ़ना 80% फास्ट चार्जिंग के तहत उम्र बढ़ने की तुलना में अधिक स्पष्ट है, और यहां तक ​​कि सामान्य चार्जिंग के तहत 100% तक उम्र बढ़ना 80% फास्ट चार्जिंग के तहत उम्र बढ़ने की तुलना में अधिक गंभीर है।

पल्स डिस्चार्ज प्रभावी ढंग से चार्जिंग दक्षता में सुधार कर सकता है और क्लासिकल कॉन्स्टेंट करंट (सीसी) चार्जिंग या कॉन्स्टेंट करंट कॉन्स्टेंट वोल्टेज (सीसी-सीवी) चार्जिंग तरीकों की तुलना में चार्जिंग समय को कम कर सकता है। शोध के नतीजे बताते हैं कि पल्स चार्जिंग से चार्जिंग समय काफी कम हो सकता है, लेकिन पल्स आवृत्ति बढ़ाने से समान पल्स चार्जिंग विधि का उपयोग करने पर चार्जिंग दक्षता में उल्लेखनीय सुधार नहीं होता है। हालाँकि, पल्स चार्जिंग का बैटरी की उम्र बढ़ने पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ली एट अल के प्रयोगात्मक परिणाम। पता चला कि पल्स चार्जिंग स्थितियों के तहत लिथियम-आयन बैटरियों का आंतरिक प्रतिरोध काफी बढ़ गया है, और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी पर आधारित विश्लेषण से नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के अधिक गंभीर नुकसान का पता चला है।

चार्ज और डिस्चार्ज की गहराई

शोध के नतीजे बताते हैं कि लिथियम-आयन बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, गहरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से लिथियम-आयन बैटरियों की क्षमता में गिरावट में तेजी आएगी, और इस समय, लिथियम-आयन बैटरियों का ओमिक प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध दोनों होगा बढ़ोतरी; दूसरी ओर, चार्ज और डिस्चार्ज की समान गहराई के तहत, उच्च एसओसी रेंज में चक्रित लिथियम-आयन बैटरियों में कम एसओसी रेंज में चक्रित बैटरी की तुलना में उम्र बढ़ने का खतरा अधिक होता है, जो लिथियम जमाव की समस्या के कारण हो सकता है। उच्च एसओसी रेंज। इसके अलावा, लिथियम-आयन बैटरियों की त्वरित चक्र उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के दौरान, निरंतर वर्तमान चार्जिंग स्थितियों के तहत उम्र बढ़ने की दर निरंतर वर्तमान और निरंतर वोल्टेज चार्जिंग स्थितियों की तुलना में अधिक होती है। इसलिए, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान निष्क्रिय समय को बढ़ाना या चार्जिंग के अंत में बेहद कम वर्तमान चार्जिंग का उपयोग करना बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए फायदेमंद है।