1. Analyse de l'atténuation de la capacité de la batterie lithium-ion

Les électrodes positives et négatives, les électrolytes et les diaphragmes sont des composants importants des batteries lithium-ion. Les électrodes positives et négatives des batteries lithium-ion subissent respectivement des réactions d'insertion et d'extraction du lithium, et la quantité de lithium insérée dans les électrodes positives et négatives devient le principal facteur affectant la capacité des batteries lithium-ion. Par conséquent, l’équilibre des capacités des électrodes positives et négatives des batteries lithium-ion doit être maintenu pour garantir que la batterie ait des performances optimales.

2. Surcharge

2.1 Réaction de surcharge de l'électrode négative Il existe de nombreux types de matériaux actifs qui peuvent être utilisés comme électrodes négatives des batteries lithium-ion, avec des matériaux d'électrode négative à base de carbone, des matériaux d'électrode négative à base de silicium, des matériaux d'électrode négative à base d'étain, des matériaux d'électrode négative en titanate de lithium, etc. comme matériaux principaux. Différents types de matériaux carbonés ont des propriétés électrochimiques différentes. Parmi eux, le graphite présente les avantages d'une conductivité élevée, d'une excellente structure en couches et d'une cristallinité élevée, ce qui est plus approprié pour l'insertion et l'extraction du lithium. Dans le même temps, les matériaux en graphite sont abordables et disposent d’un stock important, ils sont donc largement utilisés.

Lorsqu'une batterie lithium-ion est chargée et déchargée pour la première fois, les molécules de solvant se décomposent à la surface du graphite et forment un film de passivation appelé SEI. Cette réaction entraînera une perte de capacité de la batterie et constitue un processus irréversible. Pendant le processus de surcharge d’une batterie lithium-ion, un dépôt de lithium métallique se produira sur la surface de l’électrode négative. Cette situation est susceptible de se produire lorsque le matériau actif d'électrode positive est excessif par rapport au matériau actif d'électrode négative. Dans le même temps, des dépôts de lithium métallique peuvent également se produire dans des conditions de vitesse élevée.

D'une manière générale, les raisons de la formation de lithium métallique entraînant une modification de la dégradation de la capacité de la batterie au lithium comprennent principalement les aspects suivants : premièrement, cela entraîne une diminution de la quantité de lithium circulatoire dans la batterie ; Deuxièmement, le lithium métallique réagit avec les électrolytes ou les solvants pour former d'autres sous-produits ; troisièmement, le lithium métallique se dépose principalement entre l'électrode négative et le diaphragme, provoquant le blocage des pores du diaphragme, entraînant une augmentation de la résistance interne de la batterie. Le mécanisme d’influence de la diminution de la capacité des batteries lithium-ion varie en fonction du matériau graphite. Le graphite naturel a une surface spécifique élevée, de sorte que la réaction d'autodécharge entraînera une perte de capacité de la batterie au lithium, et l'impédance de réaction électrochimique du graphite naturel en tant qu'électrode négative de la batterie est également supérieure à celle du graphite artificiel. De plus, des facteurs tels que la dissociation de la structure en couches de l'électrode négative au cours du cycle, la dispersion de l'agent conducteur lors de la production de la pièce polaire et l'augmentation de l'impédance de la réaction électrochimique lors du stockage sont tous des facteurs importants qui conduisent à la perte de capacité de la batterie au lithium.

2.2 Réaction de surcharge de l'électrode positive La surcharge de l'électrode positive se produit principalement lorsque la proportion de matériau de l'électrode positive est trop faible, ce qui entraîne un déséquilibre de la capacité entre les électrodes, provoquant une perte irréversible de la capacité de la batterie au lithium, ainsi que la coexistence et l'accumulation continue d'oxygène et de combustible. les gaz décomposés par le matériau de l'électrode positive et l'électrolyte peuvent présenter des risques pour la sécurité lors de l'utilisation des batteries au lithium.

2.3 L'électrolyte réagit à haute tension Si la tension de charge de la batterie au lithium est trop élevée, l'électrolyte subira une réaction d'oxydation et générera des sous-produits, qui bloqueront les micropores de l'électrode et gêneront la migration des ions lithium, provoquant ainsi le cycle. capacité à se dégrader. La tendance au changement de la concentration de l'électrolyte et de la stabilité de l'électrolyte est inversement proportionnelle. Plus la concentration en électrolyte est élevée, plus la stabilité de l’électrolyte est faible, ce qui affecte à son tour la capacité de la batterie lithium-ion. Pendant le processus de charge, l'électrolyte sera consommé dans une certaine mesure. Il doit donc être complété lors du montage, ce qui entraîne une réduction des matières actives de la batterie et affecte la capacité initiale de la batterie.

3. Décomposition de l'électrolyte L'électrolyte comprend des électrolytes, des solvants et des additifs, et ses propriétés affecteront la durée de vie, la capacité spécifique, les performances de charge et de décharge et les performances de sécurité de la batterie. La décomposition des électrolytes et des solvants dans l'électrolyte entraînera une perte de capacité de la batterie. Lors de la première charge et décharge, la formation d'un film SEI sur la surface de l'électrode négative par des solvants et d'autres substances entraînera une perte de capacité irréversible, mais cela est inévitable. S'il y a des impuretés telles que de l'eau ou du fluorure d'hydrogène dans l'électrolyte, l'électrolyte LiPF6 peut se décomposer à haute température et les produits générés réagiront avec le matériau de l'électrode positive, ce qui affectera la capacité de la batterie. Dans le même temps, certains produits réagiront également avec le solvant et affecteront la stabilité du film SEI sur la surface de l'électrode négative, entraînant une dégradation des performances de la batterie lithium-ion. De plus, si les produits de décomposition de l’électrolyte ne sont pas compatibles avec l’électrolyte, ils bloqueront les pores de l’électrode positive pendant le processus de migration, entraînant une diminution de la capacité de la batterie. En général, l’apparition de réactions secondaires entre l’électrolyte et les électrodes positives et négatives de la batterie, ainsi que les sous-produits générés, sont les principaux facteurs provoquant la dégradation de la capacité de la batterie.

4. Autodécharge Les batteries lithium-ion subissent généralement une perte de capacité, un processus appelé autodécharge, qui se divise en perte de capacité réversible et perte de capacité irréversible. Le taux d’oxydation du solvant a un impact direct sur le taux d’autodécharge. Les matériaux actifs positifs et négatifs peuvent réagir avec le soluté pendant le processus de charge, entraînant un déséquilibre de capacité et une atténuation irréversible de la migration des ions lithium. Par conséquent, on peut voir que la réduction de la surface du matériau actif peut réduire le taux de perte de capacité et que la décomposition du solvant affectera la durée de vie de la batterie. De plus, une fuite de la membrane peut également entraîner une perte de capacité, mais cette possibilité est faible. Si le phénomène d'autodécharge existe pendant une longue période, il conduira au dépôt de lithium métallique et conduira en outre à l'atténuation des capacités des électrodes positives et négatives.

5. Instabilité de l'électrode Pendant le processus de charge, le matériau actif de l'électrode positive de la batterie est instable, ce qui le fera réagir avec l'électrolyte et affectera la capacité de la batterie. Parmi eux, les défauts structurels du matériau de l’électrode positive, le potentiel de charge excessif et la teneur en noir de carbone sont les principaux facteurs affectant la capacité de la batterie.