1. تحليل التوهين قدرة بطارية ليثيوم أيون

تعد الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية والإلكتروليتات والأغشية مكونات مهمة في بطاريات الليثيوم أيون. تخضع الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لبطاريات أيون الليثيوم إلى تفاعلات إدخال واستخلاص الليثيوم على التوالي، وتصبح كمية الليثيوم التي يتم إدخالها في الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة هي العامل الرئيسي الذي يؤثر على قدرة بطاريات أيون الليثيوم. لذلك، يجب الحفاظ على توازن قدرات القطب الموجب والسالب لبطاريات الليثيوم أيون لضمان حصول البطارية على الأداء الأمثل.

2. فاحش

2.1 تفاعل الشحن الزائد للقطب السالب هناك العديد من أنواع المواد النشطة التي يمكن استخدامها كأقطاب كهربائية سالبة لبطاريات الليثيوم أيون، مع مواد القطب السالب القائمة على الكربون، ومواد القطب السالب القائمة على السيليكون، ومواد القطب السالب القائمة على القصدير، ومواد القطب السالب تيتانات الليثيوم، إلخ كمواد رئيسية. أنواع مختلفة من المواد الكربونية لها خصائص كهروكيميائية مختلفة. من بينها، يتميز الجرافيت بمزايا الموصلية العالية، وبنية الطبقات الممتازة والبلورة العالية، وهو أكثر ملاءمة لإدخال واستخراج الليثيوم. وفي الوقت نفسه، تعتبر مواد الجرافيت ميسورة التكلفة ولها مخزون كبير، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع.

عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون وتفريغها لأول مرة، سوف تتحلل جزيئات المذيبات على سطح الجرافيت وتشكل طبقة تخميل تسمى SEI. سيؤدي رد الفعل هذا إلى فقدان سعة البطارية وهو عملية لا رجعة فيها. أثناء عملية الشحن الزائد لبطارية الليثيوم أيون، سيحدث ترسب معدن الليثيوم على سطح القطب السالب. من المحتمل أن يحدث هذا الموقف عندما تكون المادة النشطة للقطب الموجب زائدة مقارنة بالمادة النشطة للقطب السالب. وفي الوقت نفسه، قد يحدث ترسب الليثيوم المعدني أيضًا في ظل ظروف ذات معدل مرتفع.

وبشكل عام، فإن أسباب تكوين معدن الليثيوم المؤدية إلى تغير اضمحلال سعة بطارية الليثيوم تشمل بشكل رئيسي الجوانب التالية: أولاً، يؤدي إلى انخفاض كمية الليثيوم المتداولة في البطارية؛ ثانيًا، يتفاعل معدن الليثيوم مع الشوارد أو المذيبات لتكوين منتجات ثانوية أخرى؛ ثالثًا، يترسب معدن الليثيوم بشكل أساسي بين القطب السالب والحجاب الحاجز، مما يتسبب في انسداد مسام الحجاب الحاجز، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة الداخلية للبطارية. تختلف آلية التأثير على اضمحلال سعة بطارية الليثيوم أيون اعتمادًا على مادة الجرافيت. يحتوي الجرافيت الطبيعي على مساحة سطح محددة عالية، وبالتالي فإن تفاعل التفريغ الذاتي سوف يتسبب في فقدان سعة بطارية الليثيوم، كما أن مقاومة التفاعل الكهروكيميائي للجرافيت الطبيعي مثل القطب السالب للبطارية أعلى أيضًا من مقاومة الجرافيت الاصطناعي. بالإضافة إلى ذلك، فإن عوامل مثل تفكك هيكل طبقات القطب السالب أثناء الدورة، وتشتت العامل الموصل أثناء إنتاج قطعة القطب، والزيادة في مقاومة التفاعل الكهروكيميائي أثناء التخزين كلها عوامل مهمة تؤدي إلى إلى فقدان قدرة بطارية الليثيوم.

2.2 تفاعل الشحن الزائد للقطب الموجب يحدث الشحن الزائد للقطب الموجب بشكل رئيسي عندما تكون نسبة مادة القطب الموجب منخفضة جدًا، مما يؤدي إلى خلل في السعة بين الأقطاب الكهربائية، مما يتسبب في فقدان لا رجعة فيه لقدرة بطارية الليثيوم، والتعايش والتراكم المستمر للأكسجين والقابلة للاحتراق قد تؤدي الغازات المتحللة من مادة القطب الموجب والإلكتروليت إلى مخاطر السلامة عند استخدام بطاريات الليثيوم.

2.3 يتفاعل الإلكتروليت عند الجهد العالي إذا كان جهد الشحن لبطارية الليثيوم مرتفعًا جدًا، فسيخضع الإلكتروليت لتفاعل أكسدة ويولد بعض المنتجات الثانوية، مما يؤدي إلى سد المسام الدقيقة للقطب وإعاقة هجرة أيونات الليثيوم، مما يتسبب في الدورة القدرة على الاضمحلال. إن اتجاه التغير في تركيز المنحل بالكهرباء واستقرار المنحل بالكهرباء يتناسب عكسيا. كلما زاد تركيز الإلكتروليت، انخفض استقرار الإلكتروليت، مما يؤثر بدوره على قدرة بطارية الليثيوم أيون. أثناء عملية الشحن، سيتم استهلاك المنحل بالكهرباء إلى حد ما. لذلك، يجب استكماله أثناء التجميع، مما يؤدي إلى تقليل المواد النشطة في البطارية والتأثير على السعة الأولية للبطارية.

3. تحلل الإلكتروليت يشتمل الإلكتروليت على إلكتروليتات ومذيبات ومواد مضافة، وستؤثر خصائصه على عمر الخدمة والسعة المحددة ومعدل الشحن وأداء التفريغ وأداء السلامة للبطارية. سيؤدي تحلل الإلكتروليتات والمذيبات الموجودة في المنحل بالكهرباء إلى فقدان سعة البطارية. أثناء الشحن والتفريغ الأولين، سيؤدي تكوين طبقة SEI على سطح القطب السالب بواسطة المذيبات والمواد الأخرى إلى فقدان القدرة لا رجعة فيه، ولكن هذا أمر لا مفر منه. إذا كانت هناك شوائب مثل الماء أو فلوريد الهيدروجين في المنحل بالكهرباء، فقد يتحلل المنحل بالكهرباء LiPF6 عند درجات حرارة عالية، وسوف تتفاعل المنتجات المتولدة مع مادة القطب الموجب، مما يؤدي إلى تأثر سعة البطارية. وفي الوقت نفسه، سوف تتفاعل بعض المنتجات أيضًا مع المذيب وتؤثر على استقرار فيلم SEI على سطح القطب السالب، مما يتسبب في تدهور أداء بطارية الليثيوم أيون. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت منتجات تحلل الإلكتروليت غير متوافقة مع الإلكتروليت، فإنها ستسد مسام القطب الموجب أثناء عملية الترحيل، مما يؤدي إلى تسوس سعة البطارية. بشكل عام، فإن حدوث تفاعلات جانبية بين الإلكتروليت والأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية، وكذلك المنتجات الثانوية المتولدة، هي العوامل الرئيسية المسببة لتآكل سعة البطارية.

4. تتعرض بطاريات الليثيوم أيون ذاتية التفريغ بشكل عام لفقدان السعة، وهي عملية تسمى التفريغ الذاتي، والتي تنقسم إلى فقدان القدرة القابل للعكس وفقدان القدرة الذي لا رجعة فيه. معدل أكسدة المذيب له تأثير مباشر على معدل التفريغ الذاتي. قد تتفاعل المواد النشطة الإيجابية والسلبية مع المذاب أثناء عملية الشحن، مما يؤدي إلى خلل في السعة وتوهين لا رجعة فيه لهجرة أيون الليثيوم. لذلك، يمكن ملاحظة أن تقليل مساحة سطح المادة النشطة يمكن أن يقلل من معدل فقدان السعة، وسيؤثر تحلل المذيب على عمر تخزين البطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي تسرب الحجاب الحاجز أيضًا إلى فقدان القدرة، ولكن هذا الاحتمال منخفض. إذا كانت ظاهرة التفريغ الذاتي موجودة لفترة طويلة، فسوف تؤدي إلى ترسب الليثيوم المعدني وتؤدي أيضًا إلى إضعاف قدرات القطب الموجب والسالب.

5. عدم استقرار القطب الكهربائي أثناء عملية الشحن، تكون المادة النشطة للقطب الموجب للبطارية غير مستقرة، مما يؤدي إلى تفاعلها مع المنحل بالكهرباء والتأثير على سعة البطارية. من بينها، العيوب الهيكلية لمادة القطب الموجب، وإمكانية الشحن المفرط، ومحتوى أسود الكربون هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على سعة البطارية.