As a new generation of secondary battery technology, lithium-ion batteries have achieved rapid development due to their energy density advantage after replacing cadmium-nickel and hydrogen-nickel batteries, and have shown broad application prospects. However, the poor stability of their charge and discharge cycles has become a key bottleneck restricting performance improvement. This paper systematically explores the mechanism of capacity degradation in लिथियम-आयन बैटरी, ओवरचार्जिंग, इलेक्ट्रोलाइट अपघटन, और स्व-निर्वहन . जैसे कोर प्रभावित कारकों का विश्लेषण करने पर ध्यान देने के साथ
सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड का द्रव्यमान अनुपात बैटरी प्रदर्शन . से निकटता से संबंधित है जब द्रव्यमान अनुपात बहुत छोटा होता है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के सक्रिय पदार्थों का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप संसाधनों की बर्बादी होती है; जब द्रव्यमान अनुपात बहुत बड़ा होता है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड चार्जिंग के दौरान ओवरचार्जिंग के लिए प्रवण होता है, एक सुरक्षा खतरा . को प्रस्तुत करता है, इसलिए, केवल तब जब सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड का द्रव्यमान अनुपात इष्टतम मूल्य तक पहुंचता है, बैटरी के प्रदर्शन को अधिकतम किया जा सकता है .}
एक आदर्श लिथियम-आयन बैटरी प्रणाली में, क्षमता संतुलन पूरे चक्र में स्थिर रहता है, और प्रत्येक चक्र की प्रारंभिक क्षमता अपेक्षाकृत स्थिर है . हालांकि, वास्तविक बैटरी संचालन सिद्धांत . की तुलना में कहीं अधिक जटिल है, जो कि लिथियम आयनों या इलेक्ट्रॉन के उत्पादन और खपत को शामिल करने के लिए किसी भी साइड रिएक्शन को शामिल करेगा। सहज रूप से बहाल नहीं किया जा सकता है, और प्रभाव लिथियम-आयन बैटरी के संचालन के दौरान चक्रों की संख्या . की संख्या में वृद्धि के साथ जमा करना जारी रखेगा, सामान्य लिथियम सम्मिलन और हटाने के लिए रिडॉक्स मुख्य प्रतिक्रिया के अलावा, कई साइड प्रतिक्रियाएं भी हैं जैसे कि इलेक्ट्रोलाइट विघटन, सक्रिय सामग्री विघटन, और धातु लता। क्षमता संतुलन के असंतुलन और बैटरी प्रदर्शन की गिरावट का महत्वपूर्ण कारण .
कारण 1: ओवरचार्जिंग
जब लिथियम-आयन बैटरी को ओवरचार्ज किया जाता है, तो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच की साइड प्रतिक्रियाएं क्षमता हानि को काफी तेज कर देगी . विशिष्ट अभिव्यक्तियाँ इस प्रकार हैं:
1. ग्रेफाइट एनोड और लिथियम मेटल डिपोजिशन के ओवरचार्जिंग .}
जब बैटरी को ओवरचार्ज किया जाता है, तो लिथियम आयनों की कमी की दर एम्बेडिंग दर से अधिक हो जाती है, जिससे लिथियम धातु (li⁰) एनोड . की सतह पर जमा हो जाती है, क्षमता पर प्रभाव शामिल है:
सक्रिय लिथियम हानि:जमा किए गए लिथियम एम्बेडिंग और री-एम्बेडिंग की साइकिलिंग सिस्टम को छोड़ देते हैं, सीधे मोबाइल लिथियम आयनों की कुल मात्रा को कम करते हैं;
इंटरफ़ेस साइड रिएक्शन:लिथियम धातु इलेक्ट्रोलाइट (जैसे कि विलायक DMC, इलेक्ट्रोलाइट लिपफो) के साथ प्रतिक्रिया करता है जैसे कि Li₂co₃, Lif, आदि . जैसे ठोस उत्पादों का निर्माण करता है, सक्रिय पदार्थों का सेवन करता है और इलेक्ट्रोड छिद्रों को अवरुद्ध करता है;
आंतरिक प्रतिरोध वृद्धि:लिथियम डेंड्राइट्स नकारात्मक इलेक्ट्रोड - विभाजक इंटरफ़ेस में बढ़ते हैं, संभवतः विभाजक छिद्रों में प्रवेश करते हैं, आयन संचरण के प्रतिरोध को बढ़ाते हैं;
इलेक्ट्रोलाइट खपत:सक्रिय लिथियम इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करना जारी रखता है, जिसके परिणामस्वरूप विलायक और लिथियम नमक सांद्रता में कमी आती है, आयन चालन की दक्षता को कम करता है .
प्रमुख प्रभावशाली कारक:
ध्रुवीकरण प्रभाव:रैपिड चार्जिंग (उच्च वर्तमान घनत्व) एनोड के ध्रुवीकरण को तेज करता है, भले ही सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में सक्रिय पदार्थों का अनुपात सामान्य हो, यह लिथियम डेंड्राइट्स के विकास को ट्रिगर कर सकता है;
अनुपात असंतुलन:जब सकारात्मक सक्रिय पदार्थ अत्यधिक होता है (= m⁺/m⁻=इष्टतम मान), तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड की उपलब्ध लिथियम क्षमता अपर्याप्त है, और ओवरचार्जिंग का जोखिम काफी बढ़ जाता है .}
2. पॉजिटिव इलेक्ट्रोड ओवरचार्ज रिएक्शन
जब नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री का अनुपात बहुत कम होता है, तो सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओवरचार्जिंग . होने की संभावना है
सकारात्मक इलेक्ट्रोड के ओवरचार्जिंग के कारण होने वाली क्षमता हानि मुख्य रूप से इलेक्ट्रोकेमिकल अक्रिय पदार्थों की पीढ़ी (जैसे कि CO3O4, Mn2O3, आदि .) से उत्पन्न होती है, जो इलेक्ट्रोड के बीच क्षमता संतुलन को बाधित करती है और अपरिवर्तनीय . है।
3. ओवरचार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोलाइट की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया
जब वोल्टेज 4 . 5V से अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइट अघुलनशील पदार्थों (जैसे li2co3) और गैसों . को ऑक्सीकरण और उत्पन्न करेगा।
कारण 2: इलेक्ट्रोलाइट अपघटन (कमी)
1. सकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर इलेक्ट्रोलाइट का ऑक्सीकरण अपघटन
जब वोल्टेज 4 . 5V (vs . li/li⁺) से अधिक हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइट सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजर सकता है, जो कि Li₂co₃ और Lif {{3} जैसे अघुलनशील उत्पादों को उत्पन्न करता है। गिरावट . इसके अलावा, ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया गैसों की रिहाई (जैसे कि CO₂ और O₂) के साथ होती है, जिससे बैटरी के आंतरिक दबाव में वृद्धि और संभावित सुरक्षा खतरों का निर्माण होता है।
2. नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर इलेक्ट्रोलाइट का अपघटन कमी
ग्रेफाइट और अन्य लिथियम-इंटरकलेटिंग कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह पर, इलेक्ट्रोलाइट का कमी अपघटन बैटरी प्रदर्शन को प्रभावित करने वाली एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है:
- प्रारंभिक फिल्म गठन:
पहले चार्जिंग के दौरान, इलेक्ट्रोलाइट (जैसे कि ईसी-आधारित विलायक) नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर कम हो जाता है, एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस झिल्ली (सेई झिल्ली) उत्पन्न होता है, जो li₂co₃, lioco₂li, Lif, आदि से बना है, {{1} { नकारात्मक इलेक्ट्रोड संरचना को स्थिर करें;
- अपरिवर्तनीय क्षमता हानि:
फिल्म गठन प्रक्रिया के दौरान, सक्रिय लिथियम (इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक से या लिथियम के सकारात्मक इलेक्ट्रोड के छूटने से) का सेवन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पहली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दक्षता (कूलम्ब दक्षता) 100%से कम . आमतौर पर, ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की पहली coulomb दक्षता 90%तक है;
- साइकिलिंग स्थिरता:
सामान्य साइकिलिंग के दौरान, एसईआई झिल्ली एक गतिशील संतुलन बनाए रखता है, और केवल मामूली मरम्मत तब होती है जब झिल्ली इलेक्ट्रोड की मात्रा में परिवर्तन (जैसे लिथियम इंटरकलेशन विस्तार) . के कारण टूट जाती है, इसलिए, इलेक्ट्रोलाइट की खपत अपेक्षाकृत निम्न स्तर . पर नियंत्रित होती है।
3. इलेक्ट्रोलाइट्स की कमी
यह आमतौर पर कार्बन इलेक्ट्रोड की सतह पर झिल्ली के गठन में शामिल माना जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट का प्रकार और एकाग्रता कार्बन इलेक्ट्रोड . के प्रदर्शन को प्रभावित करेगी . कुछ मामलों में, इलेक्ट्रोलाइट की कमी कार्बन सतह को स्थिर करने में मदद करती है और आमतौर पर यह मानती है कि यह आवश्यक पास की जाने वाली परत है। विलायक . नकारात्मक इलेक्ट्रोड जमाव फिल्म में मिश्रित कटौती उत्पाद बैटरी की क्षमता क्षय को प्रभावित करेंगे .
उदाहरण के लिए, लिथियम हेक्सफ्लुओरोफॉस्फेट, लिथियम पर्क्लोरेट, और लिथियम बीआईएस (ट्राइफ्लोरोमेथेनेसेल्फोनिलिमाइड) में सहायक इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं जो कार्बन इलेक्ट्रोड की सतह पर कमी प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं . उत्पाद एक घने और आयन-आयन-आयन-आयन-आयन-आयनदार फिल्म परत बना सकते हैं, यह इसके विपरीत इलेक्ट्रोलाइट . की निरंतर पैठ को रोक सकता है, यह झिल्ली संरचना की समस्याओं या संक्षारण के कारण क्षमता क्षय का कारण बन सकता है, इसलिए, जो कि इलेक्ट्रोलाइट के प्रकारों को पूरा करने के लिए है, जो कि सभी प्रकार के उत्पादों से जुड़ा हुआ है। क्षमता प्रतिधारण दर और इंटरफ़ेस स्थिरता को संतुलित करने के लिए अनुकूलित रहें .
4. अशुद्धियों में कमी
जब इलेक्ट्रोलाइट की पानी की सामग्री बहुत अधिक होती है, तो पानी के अणु इलेक्ट्रोड की सतह पर कमी प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं, lioh और li₂o बयान परतों को उत्पन्न करते हैं . संबंधित प्रतिक्रियाओं में H₂O शामिल हैं जो oh⁻ और H₂ बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करते हैं, lioh ठोस बनाने के लिए lioh और h, { इलेक्ट्रोड की सतह पर परत, ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड में लिथियम आयनों के सम्मिलन में बाधा डालती है, जिसके परिणामस्वरूप अपरिवर्तनीय क्षमता हानि . हालांकि, एक छोटी मात्रा में पानी (100-300 × 10⁻⁶) विलायक में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड . के प्रदर्शन पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं है।
CO₂ में CO ₂ को नकारात्मक इलेक्ट्रोड में CO गैस बनाने के लिए कम किया जाता है और Li₂co₃ Solid . CO बैटरी के आंतरिक दबाव में वृद्धि का कारण बनता है, जबकि Li₂co₃ बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाता है . पूरी तरह से लियोन के बीच ऑक्सीजन की संभावना को कम करता है। कार्बन, कार्बन इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट का कमी व्यवहार धातु के लिथियम की सतह . के समान है।
कारण 3: स्व-निर्वासन
लिथियम-आयन बैटरी का सेल्फ-डिस्चार्ज उस घटना को संदर्भित करता है, जहां बैटरी की क्षमता स्वाभाविक रूप से समय के साथ कम हो जाती है जब यह एक खुली-सर्किट स्थिति में होती है, जिसका उपयोग किए बिना . का उपयोग किया जाता है, इस प्रक्रिया के कारण होने वाली क्षमता हानि को पुनर्जीवित किया जा सकता है या नहीं बैटरी .
अपरिवर्तनीय क्षमता हानि मुख्य रूप से सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच माइक्रो-सेल प्रतिक्रियाओं से उपजी है।
उदाहरण के लिए, लिथियम-मंगनीज़ ऑक्साइड पॉजिटिव इलेक्ट्रोड कार्बन ब्लैक या करंट कलेक्टर की सतह पर विलायक पीसी के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से गुजर रहा है, और विलायक अणुओं को एक ही समय में मुक्त कणों . उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है, लिटियम आयनों को नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सामग्री से अलग कर दिया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट्स, PF₆⁻ डिकम्पोज़िंग और लिथियम के साथ एम्बेडेड और कार्बन को डिसेरबेड और ऑक्सीकरण किया जा रहा है . ये प्रक्रियाएं सक्रिय सामग्रियों का उपभोग करती हैं और सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच क्षमता संतुलन को बाधित करती हैं, . चार्ज करने के दौरान ठीक होने से रोकती हैं .}
स्व-डिस्चार्ज दर कई कारकों से प्रभावित होती है . सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की विनिर्माण प्रक्रिया में, अधिक सतह दोष और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र वाले कण तेजी से स्व-डिस्चार्ज करेंगे . बैटरी निर्माण प्रक्रिया की सटीकता इंटरफ़ेस संपर्क और अशुद्धता को प्रभावित करती है। उदाहरण के लिए भूमिका ., पीसी आसानी से ऑक्सीकरण किया जाता है, जबकि ईसी में स्थिर फिल्म का गठन . है। लिथियम नमक का प्रकार साइड रिएक्शन पथ को प्रभावित करता है . तापमान में वृद्धि से स्व-डिस्चार्ज कैनेटीक्स {{9} से अधिक समय से अधिक होता है। तापमान . समय संचय बायप्रोडक्ट्स . के बयान को बढ़ाएगा, हालांकि डायाफ्राम रिसाव करंट भी स्व-निर्वहन का कारण बन सकता है, इसकी दर बहुत कम है और इसका तापमान से कोई लेना-देना नहीं है, इसलिए यह मुख्य तंत्र . नहीं है।
