O telefone agora se tornou uma necessidade diária para todos, presumivelmente temos experiência, com o aumento do uso de telefones celulares, o tempo de espera do telefone móvel se tornará mais curto e mais curto, teve um dia inteiro para atender às necessidades de uso e agora precisa de todos os dias Dois carregam Caixing, até o final, dois carregam um dia não conseguem resolver o problema, o que é o que muitas vezes diz que as baterias do telefone celular morrem, geralmente chamamos a "vida do declínio da bateria de íons de lítio". Qual o motivo da bateria de iões de lítio Redução da expectativa de vida? Antes de responder a esta pergunta, devemos familiarizar-nos com um conceito, qual a vida útil da bateria de iões de lítio? Em geral, a capacidade da bateria de iões de lítio durante o ciclo até 80% da capacidade inicial O número de ciclos, definido como a vida da bateria de íon de lítio. Os telefones móveis geralmente precisam substituir os produtos eletrônicos, de modo que os fabricantes de baterias gerais projetarão a vida útil da bateria de íon de lítio no telefone em cerca de 500 vezes, o que significa que se cobrarmos o telefone uma vez por dia Depois de cerca de um ano e meio, a capacidade da bateria do nosso celular cairá para cerca de 80% da capacidade inicial, o que É por isso que nos sentimos mais e mais falta de energia do celular. Claro, isso não quer dizer que tentamos não cobrar menos carga menos, mas a necessidade de cobrança científica e razoável, no final do artigo, Xiao Bianhui para apresentar Algumas dicas sobre como carregar o telefone, espero que todos possam ajudar.
Aqui, entendemos o que se segue, por que as baterias de iões de lítio no processo de recuo? Antes de tudo, devemos ter claro que na bateria de iões de lítio, além da intercalação normal de íons de lítio e desintercalação de reações positivas e negativas, Haverá muitos efeitos colaterais, como a formação e crescimento do filme SEI, a decomposição de eletrólitos, a decomposição do aglutinante, a ruptura positiva e negativa do material ativo e assim por diante, resultará na diminuição da capacidade da bateria de íons de lítio. Embora a bateria de iões de lítio se desintegra Existem muitos fatores, mas podem ser resumidos em três categorias: 1) A perda de lítio, a bateria de íon de lítio é um sistema fechado, a substância interna é constante, a formação do filme SEI, a destruição, a análise negativa do lítio só consumirá Alguns recursos de Li; 2) perda de material ativo de cátodo, baterias de iões de lítio ocorrem frequentemente no processo de esmagamento de partículas do material de cátodo, de decomposição de ligante e as mudanças de estrutura de cristal do material catódico e outros fatores, o que levará a uma parte da perda de material ativo do cátodo incorporada Lítio e outras capacidades; 3) perda de material ativo negativo, como o vazamento de material ativo negativo, a decomposição do aglutinante e outros fatores, levará a algum material ativo negativo Ligado às partículas condutoras perder uma rede condutora, o que torna impossível de lítio, o que resulta em uma perda de capacidade da bateria de iões de lítio.
Embora fizemos os pressupostos acima sobre o possível mecanismo de decadência da bateria de iões de lítio e fizemos os modelos relevantes, há uma falta de meios de detecção correspondentes e a falta de suporte de evidência experimental relevante. Com uma bateria de íon de lítio quadrada como exemplo, A célula foi totalmente carregada em uma pequena ampliação C / 25 para dissecção e descobriu que uma das células apresentava um desequilíbrio significativo de lítio embutido na placa negativa, conforme mostrado na figura acima, mas na verdade a capacidade do mesmo lote de células Apenas uma diferença de 0,2%, mas apenas um pedaço de bateria de ânodo desigual, mostrou a maior capacidade, de modo que a seleção tradicional significa que é difícil distinguir a bateria com esse defeito, mas a distribuição desigual dos pólos negativos de lítio levará ao íon de lítio Degradação de desempenho a longo prazo da bateria.
Recentemente, Christoph R. Birkl, da Universidade de Oxford, Reino Unido, propôs um método para detectar uma bateria de íon de lítio usando a tensão de circuito aberto da bateria. A tensão de circuito aberto da bateria de iões de lítio é a diferença de potencial entre o eletrodo positivo eo eletrodo negativo, o que reflete as características termodinâmicas do lítio- Então, podemos fornecer-nos uma riqueza de informações sobre o positivo e negativo.Christoph R. Birkl usando células de botão na decadência da bateria de íon de lítio causado pelos três modos de tensão de circuito aberto da bateria foi testado e descobriu que, ao abrir a bateria Detecção da curva de voltagem, você pode identificar o padrão de degradação celular causada por Christoph R. Birkl, pode-se dizer que o trabalho para o gerenciamento do sistema de bateria de iões de lítio fez uma contribuição revolucionária.
Christoph R. Birkl desenvolveu uma célula de moeda usando eletrodos removidos de uma bateria quadrada comercial e simulou três padrões de decaimento para baterias de íon de lítio: 1) perda de lítio; 2) perda de material ativo negativo; 3) material positivo positivo Perda. A fim de garantir a precisão do experimento, todas as células experimentais precisam primeiro ser estáveis na incubadora 3h, para alcançar o equilíbrio térmico no teste medido em dois tipos de tensão, um é medido durante a carga e descarga de tensão, que também Os tempos chamados de tensão falsa, a tensão falsa podem ser usados para ajudar a determinar a bateria de lítio-íon do modo de decaimento, enquanto a bateria de iões de lítio real para determinar a bateria de iões de lítio do modo decadência é a tensão do circuito aberto.
Em primeiro lugar, Christoph R. Birkl calculou a capacidade teórica da célula de moeda de acordo com a área da célula do botão e, em seguida, simulou a perda de íons lítio-lítio ao carregar e descarregar a peça polar positiva. Ao cortar a peça polar negativa, Para simular a perda de material ativo negativo e simular a perda de material ativo positivo para o corte positivo de placas, para analisar os resultados do teste, Christoph R. Birkl usou o histograma para estabelecer um modelo físico, como mostrado na figura acima, onde a esquerda é O estado SoC negativo, o lado direito do estado SoC positivo, o modelo para o modelo normal da bateria pode ser visto a partir da figura no projeto normal da bateria, o design geral da capacidade do eletrodo negativo é ligeiramente superior, o que geralmente é chamado de positivo Redundância negativa, redundância adequada pode garantir o desempenho do ciclo das baterias de iões de lítio, baterias de íon de lítio também podem ocorrer no caso de sobrecarga para acomodar o lítio suficiente para garantir que o lítio não precipite, para garantir a segurança da bateria.
Na seção anterior, introduzimos principalmente as possíveis causas da decomposição das baterias de iões de lítio e as células analógicas montadas em botão de Christoph R. Birkl com base em esses possíveis fatores, que simulam: 1) perda de lítio; 2) perda de material ativo positivo 3) Perda de materiais de eletrodos negativos, uma breve introdução ao modelo físico de baterias de iões de lítio estabelecidas por Christoph R. Birkl. Em seguida, mostraremos como usar este modelo físico para abrir a bateria de iões de lítio para diferentes fatores que levam à decomposição de baterias de íon de lítio O impacto da tensão é analisado.
Em primeiro lugar, vamos analisar o modelo físico estabelecido por Christoph R. Birkl. Conforme mostrado na figura acima, o modelo contém duas colunas rectangulares esquerda e direita, a coluna esquerda mostra o estado SoC do eletrodo negativo e o lado direito mostra o SoC positivo Status, 0% -100% As duas linhas representam os limites inferior e superior para o uso de baterias de lítio-íon, respectivamente.
Note-se que, para os diferentes estados SoC das baterias a que nos referimos, nos referimos à capacidade teórica da célula de referência e incluem o lítio perdido, ou seja, se o eletrodo positivo perdeu 30% de Li, E é irreversível, embora neste momento o estado SOC mais baixo da bateria se torne 30%, o alcance da bateria SoC também se torna de 30% a 100%.
Antes de tudo, vejamos o caso de perda de lítio de 30% no lado positivo. No estado negativo 0% SoC, o eletrodo positivo atingiu o estado de SoC de 30%. Isso é refletido na tensão do circuito aberto. Sob a mesma condição SoC, a tensão do circuito aberto da bateria cai significativamente. Na célula de controle, a tensão de circuito aberto da célula SoC de 0% caiu para 2,7 V, mas a célula de perda de lítio atingiu 2,7 V a 30% de SoC e também carregou a célula para 4,2 V. O estado de SoC da célula foi maior do que o normal A bateria é 2% maior, principalmente porque o potencial do ânodo é maior do que a célula normal no mesmo estado SoC, o que significa que a comparação da curva de descarga de uma célula, A decadência é mais rápida e a tensão de corte é atingida anteriormente, com alta probabilidade de perda de lítio.
Em seguida, vejamos a coexistência da perda negativa de material ativo e perda de lítio. Isso geralmente é o caso porque as partículas de material ativo do eletrodo negativo estão quebradas e perde contato com a rede condutora ou coletor de corrente, resultando em uma diminuição na quantidade de material ativo capaz de participar da reação , Aumentar a taxa de declínio da simulação da célula do botão da bateria é o caso da perda de 30% do material ativo negativo e da curva de descarga da bateria de lítio em comparação com a bateria normal do ponto de vista da curva, Na gama alta de SoC, a curva de tensão da bateria coincide quase que com a de uma célula normal, mas na gama SoC baixa, o potencial do eletrodo negativo aumenta rapidamente devido à delitiação excessiva do eletrodo negativo, fazendo com que a tensão da bateria caia rapidamente, resultando em uma bateria mais rápida Ou seja, comparando a curva de descarga de uma bateria, a curva de tensão não apresentou alteração significativa no período anterior, em comparação com o estado inicial da bateria, mas a tensão cai rapidamente e é mais rápida na baixa faixa SoC A tensão de corte é atingida, indicando que a decadência da célula é altamente provável devido a parte do ativo negativo e a Em.
Aqui, usamos a análise do modelo, apenas o caso negativo da perda de material ativo, a célula de moeda para simular a perda de 30% do material ativo negativo, mas sem perda de Li, o que levará ao cátodo negativo de Li aceitável inferior ao positivo O lítio disponível (positivo 12% mais do que o negativo), refletido na tensão de circuito aberto da bateria é a bateria no estado de baixa temperatura, a curva de tensão e a bateria normal de iões de lítio quase nenhuma diferença, mas no SoC mais alto, A tensão da bateria aumenta rapidamente, principalmente porque a intercalação de lítio de transição negativa leva ao declínio do potencial de eletrodo negativo, se a bateria é carregada para 4.2V, levará à precipitação de dendritos de lítio na superfície negativa, que é a situação mais perigosa, pode levar ao lítio Por outras palavras, se a curva de tensão da bateria de iões de lítio coincide quase com a curva de tensão inicial da bateria no estágio inicial (estágio baixo de SoC), a curva de tensão A tensão no final da curva aumenta rapidamente e a capacidade da bateria diminui. É altamente provável que o material ativo negativo cause a perda de capacidade.
Abaixo, analisamos a perda positiva de material ativo, acompanhada de perda de lítio, que pode ser devido a uma parte da rotura das partículas do material ativo do cátodo, e a conexão de rede condutora e outros motivos, devido à disponibilidade de material ativo de iões de lítio para reduzir , O que levou ao restante material positivo ativo no processo de desintercalação de lítio mais rápido, o potencial positivo no mesmo estado SoC foi significativamente maior do que a bateria normal de controle, a tensão de circuito aberto da bateria é a mesma Estado SoC, a perda de material ativo do cátodo da tensão da bateria é significativamente maior que a bateria normal e rapidamente atinge a tensão de corte da carga.
Finalmente análise, a perda de parte do material positivo eléctrodo activo, a perda de lítio sem, no caso tem sido geralmente positivo eléctrodo material activo dessorvente ruptura das partículas, a perda provocada por tais factores, a capacidade deste segmento da bateria de iões de lítio baixo SoC maior impacto, porque o material activo do eléctrodo positivo, capaz de participar na reacção é reduzida, Li não participa na reacção pode ser reduzida, de modo que a bateria mais cedo durante a descarga atingiu a tensão de corte de descarga, a curva de voltagem é feito reagir, em alta célula secção SOC, as abordagens da curva de tensão, como o SoC reduzida estado, a voltagem dos eléctrodos positivo da bateria perdas de material activo significativamente mais baixos do que uma bateria normal, e um SoC estado mais elevado (cerca de 20%) alcançou um tensão de corte.
Usamos o modelo físico Christoph R. Birkl lítio estabelecido bateria de iões de diminuir para baixo mecanismo de diferentes espécies foram analisados familiarizados com a diferente diferença de voltagem entre a bateria de lítio é um influência aberto bateria de iões de lítio do modo de falha, Em seguida, vamos De acordo com o modelo físico acima, um modelo matemático é estabelecido para a bateria de iões de lítio e os diferentes modos de falha da bateria de iões de lítio são deduzidos de acordo com a tensão de circuito aberto da bateria de iões de lítio.
Uma vez que diferentes modos de efeito de queda de tensão no decaimento de lítio bateria de iões de circuito aberto é suficientemente pequena, por isso, necessário abrir tensão do circuito da bateria de iões de lítio com alta precisão apto para melhorar a precisão da determinação da bateria de iões de lítio diminuir para baixo modo.
Em geral, a capacidade de um material de eletrodo pode ser descrita pela ocupação x dos locais de rede disponíveis no material ativo, variando de 0 a 1. Em compósitos multifásicos, o valor de x pode ser determinado a partir da tensão de circuito aberto (Eoc), a fórmula mostrada abaixo
Onde N é o número de fases no material, ΔXi proporção contribuição da fase de ordem i, Eo, i é a estrutura de fase energia i, ai incorporado valores de estimativa de energia a interacção entre o ião, e representa A carga do elemento, k é a constante de Boltzmann, e T é a temperatura absoluta.
Parametrização da tensão em circuito aberto e a capacidade da bateria é dividida em duas etapas, durante uma falsa tensão medida durante o OCV tensão de circuito aberto da bateria foram ajustadas usando uma primeira porção da carga e descarga, e os resultados do ajuste muito perto dos resultados de testes reais, o eléctrodo positivo RMSE 7mV única, negativo erro apenas 12mV rms, raiz quadrada média do erro de toda a tensão da bateria não é definido 3mV. o segundo passo é para simular uma aberta eléctrodos tensão do circuito, a tensão de circuito aberto de bateria principal encaixe A tensão é igual à diferença de tensão entre os eletrodos positivo e negativo para obter a tensão positiva e negativa do eletrodo.
Por ajuste de queda para baixo para a tensão de circuito aberto da bateria de iões de litio usando a curva de ajuste de curva de tensão em comparação com uma tensão de referência, podem ser analisados declínio para baixo modo bateria de iões de lítio. Decline para baixo modelo de uma bateria de lítio é concebido para estimar a três Parâmetros importantes: 1) Perda de lítio; 2) Perda de material ativo de cátodo; 3) Perda de material ativo de ânodo. O processo de modelagem não será detalhado devido a limitações de espaço. Os leitores interessados podem se referir às nossas referências Vamos dar uma olhada para corresponder ao resultado.
O procedimento para a montagem da tensão medida durante o carregamento e descarregamento curva aberta circuito de tensão OCV, utilizando um modelo de bateria para calcular a análise gota decaimento, bateria de lítio Christoph R. Birkl calculada a perda LLI, a perda de material activo positivo e o eléctrodo negativo LAMP Vale ressaltar que a quantidade de perda de lítio calculada aqui inclui o litio consumido para a formação eo crescimento do filme SEI e o elemento de lítio contidos nos materiais ativos positivos e negativos perdidos. Como na realidade , a perda do eléctrodo positivo de material activo pode conter quantidades variáveis do elemento de lítio, é difícil distinguir a perda de lítio, devido a vários factores, assim, a perda de perda de lítio de lítio aqui compreende uma variedade de factores. para validar este modelo eficaz Sexo, configure três baterias especiais, informações sobre a bateria, conforme mostrado na tabela a seguir.
O gráfico abaixo mostra os resultados da montagem. As curvas de voltagem e tensão da célula de referência são mostradas à esquerda. O histograma à direita representa três tipos de células: 1) perda de lítio, 2) perda de material ativo positivo e 3) negativo Perda de material ativo. A parte vermelha representa a perda real, a parte amarela representa o resultado calculado de acordo com o modelo e a figura mostra que os dois são muito próximos. Nos três casos, o modelo pode avaliar com precisão o lítio Modo de decadência da bateria de íons.
Para verificar a validade deste modelo, vários modos de decaimento diferentes foram validados, em primeiro lugar com apenas 25% de perda de lítio. Os resultados da montagem são mostrados na figura a seguir: o erro quadrático médio do ajuste de voltagem é de apenas 6,7mV, A análise do modelo é muito próxima ao resultado real com apenas um pequeno erro.
Em seguida, a perda de 36% de inserção de lítio do eletrodo negativo, os resultados da análise mostrados na figura a seguir, o modelo determina com precisão o modo de decaimento principal da bateria é a perda de material ativo negativa de lítio embutida, o erro é apenas cerca de 4%, detectado positivo A perda de material ativo é devido à vantagem positiva do corte com certa curvatura, resultando em parte do material ativo não participar da reação, resultando em um certo erro.
Vejamos a combinação de duas taxas de decomposição, que incluem 25% de perda de lítio e 13% de perda de material ativo positivo contendo lítio, então, neste caso, a perda total de lítio é de 38% Os resultados do ajuste para o modo de falha são mostrados. A partir da figura, pode-se ver que o modelo analisa com precisão a quantidade total de perda de lítio, que é apenas um pouco maior do que a situação real, e também é referido acima como a borda do eletrodo positivo Efeito
O modelo estabelecido por Christoph R. Birkl estabeleceu a curva OCV da tensão de circuito aberto da bateria e o eletrodo com base na tensão de processo coletada durante o carregamento e descarga pelo acessório de tensão de circuito aberto. A curva de tensão de circuito aberto e a curva de tensão da bateria de referência A análise comparativa pode determinar com precisão o modo de decaimento da bateria de iões de lítio e determinar a proporção dos três modos na decadência da bateria de iões de lítio, que é suportada pelos dados experimentais. Por exemplo, se uma grande quantidade de material ativo negativo for perdida e o lítio não for perdido, a situação da precipitação de lítio eletrodo negativo tende a ocorrer, causando um curto-circuito interno. O eletrodo positivo Material ativo e perda de lítio ao mesmo tempo, é propenso à carga positiva e a descarga no processo de potencial é muito alta, resultando em estabilidade reduzida do material ativo positivo, que é um modo de falha muito perigoso, a necessidade de substituição oportuna dessas baterias.
