리튬이온 배터리의 용량 저하 원인
1.양극재료
LiCoO2는 일반적으로 사용되는 양극 재료 중 하나입니다(3C 카테고리가 널리 사용되며 전원 배터리는 기본적으로 삼원계 및 인산철리튬을 포함합니다).사이클 수가 증가함에 따라 활성 리튬 이온의 손실은 용량 감소에 더 많은 영향을 미칩니다.200 사이클 후에 LiCoO2는 상전이를 겪지 않고 오히려 라멜라 구조의 변화로 인해 Li+ 디임베딩이 어려워졌습니다.
LiFePO4는 구조적 안정성이 좋지만 양극의 Fe3+가 용해되어 흑연 양극에서 Fe 금속으로 환원되어 양극 분극이 증가합니다.일반적으로 Fe3+ 용해는 LiFePO4 입자 코팅이나 전해질 선택을 통해 방지됩니다.
NCM 삼원계 물질 ① 전이금속산화물 양극재의 전이금속 이온은 고온에서 쉽게 용해되어 전해질에 유리되거나 음극측에 침전되어 용량 감쇠를 유발합니다.② 전압이 Li+/Li에 비해 4.4V보다 높을 경우 삼원계 물질의 구조 변화로 인해 용량 저하가 발생합니다.③ Li-Ni 혼합 행으로 인해 Li+ 채널이 막힙니다.
LiMnO4 기반 리튬이온 배터리의 용량 저하의 주요 원인은 1. Jahn-Teller 수차와 같은 비가역적 위상 또는 구조 변화;및 2. 전해질 내 Mn의 용해(전해질 내 HF의 존재), 불균형 반응, 또는 양극에서의 환원.
2.음극재료
흑연의 양극 측에 리튬 석출(리튬의 일부가 "죽은 리튬"이 되거나 리튬 수상돌기 생성)이 생성되며, 저온에서는 리튬 이온 확산이 느려져 쉽게 리튬 석출이 발생하고 리튬 석출도 발생하기 쉽습니다. N/P 비율이 너무 낮을 때.
양극 측의 SEI 필름이 반복적으로 파괴되고 성장하면 리튬이 고갈되고 분극이 증가합니다.
실리콘 기반 양극에서 리튬 매립/리튬 제거의 반복 과정은 쉽게 실리콘 입자의 부피 팽창 및 균열 실패로 이어질 수 있습니다.따라서 실리콘 양극의 경우 부피 팽창을 억제하는 방법을 찾는 것이 특히 중요합니다.
3.전해질
전해질의 용량 저하에 영향을 미치는 요인리튬 이온 배터리포함하다:
1. 유기용매의 경우 산화전위가 5V보다 크거나 Li+/Li에 비해 환원전위가 0.8V보다 낮을 경우 용매 및 전해질의 분해(심각한 고장 또는 가스발생 등 안전문제) 발생(전해질 분해전압이 다름) 다름) 분해가 쉽습니다.전해질(예: LiPF6)의 경우 안정성이 좋지 않아 고온(55℃ 이상)에서 쉽게 분해됩니다.
2. 사이클 횟수가 증가함에 따라 전해질과 양극 및 음극 사이의 반응이 증가하여 물질 전달 능력이 약화됩니다.
4. 다이어프램
다이어프램은 전자를 차단하고 이온 전달을 수행할 수 있습니다.그러나 전해질의 분해산물 등으로 인해 다이어프램 구멍이 막히거나, 고온에서 다이어프램이 수축하거나, 다이어프램이 노후화되면 다이어프램의 Li+ 운반 능력이 저하됩니다.또한, 다이어프램을 관통하는 리튬 수상돌기의 형성으로 인해 내부 단락이 발생하는 것이 고장의 주요 원인입니다.
5. 액체 수집
집전체에 의한 용량손실의 원인은 일반적으로 집전체의 부식이다.구리는 고전위에서 산화되기 쉽기 때문에 음극 집전체로 사용되고, 알루미늄은 낮은 전위에서 리튬과 리튬-알루미늄 합금을 형성하기 쉽기 때문에 양극 집전체로 사용됩니다.낮은 전압(1.5V 이하, 과방전)에서는 구리가 전해액에서 Cu2+로 산화되어 음극 표면에 침전되어 리튬의 디매딩을 방해하여 용량 저하를 초래합니다.그리고 긍정적인 측면으로는배터리알루미늄 콜렉터의 공식이 발생하여 내부 저항이 증가하고 용량이 저하됩니다.
6. 충방전 요인
과도한 충전 및 방전 승수는 리튬 이온 배터리의 용량 저하를 가속화할 수 있습니다.충방전 승수가 증가한다는 것은 배터리의 분극 임피던스가 그에 따라 증가하여 용량이 감소한다는 것을 의미합니다.또한, 높은 증배율의 충방전에 의해 발생하는 확산에 의한 응력은 양극활물질의 손실 및 전지의 노화를 가속화시킨다.
배터리의 과충전 및 과방전의 경우 음극에 리튬 석출이 발생하기 쉽고, 양극의 과잉 리튬 제거 메커니즘이 무너져 전해액의 산화 분해(부산물 발생 및 가스 생성)가 가속화됩니다.배터리가 과방전되면 구리 호일이 용해되는 경향이 있어(리튬 디임베딩을 방해하거나 구리 수지상 결정을 직접 생성) 용량 저하 또는 배터리 고장으로 이어집니다.
충전 전략 연구에 따르면 충전 차단 전압이 4V일 때 충전 차단 전압(예: 3.95V)을 적절하게 낮추면 배터리의 사이클 수명을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.또한 배터리를 100% SOC까지 빠르게 충전하는 것이 80% SOC까지 빠르게 충전하는 것보다 더 빨리 방전되는 것으로 나타났습니다.또한 Li et al.펄싱을 통해 충전 효율을 높일 수는 있지만 배터리 내부 저항이 크게 상승해 음극 활물질의 손실이 심각한 것으로 나타났다.
7.온도
온도가 용량에 미치는 영향리튬 이온 배터리또한 매우 중요합니다.더 높은 온도에서 장기간 작동할 경우 배터리 내부의 부반응(예: 전해액 분해)이 증가하여 돌이킬 수 없는 용량 손실이 발생합니다.낮은 온도에서 장시간 작동하면 배터리의 총 임피던스가 증가하고(전해질 전도성이 감소하고 SEI 임피던스가 증가하며 전기화학 반응 속도가 감소함) 배터리에서 리튬 석출이 발생하기 쉽습니다.
이상은 리튬이온 배터리 용량 저하의 주요 원인이며, 위의 소개를 통해 귀하께서는 리튬이온 배터리 용량 저하의 원인을 이해하셨으리라 믿습니다.
게시 시간: 2023년 7월 24일