નિકલ-કેડમિયમ અને નિકલ-હાઈડ્રોજન બેટરીઓ પછી લિથિયમ-આયન બેટરી એ સૌથી ઝડપથી વિકસતી ગૌણ બેટરી છે. તેના ઉચ્ચ ઉર્જા ગુણધર્મો તેના ભવિષ્યને ઉજ્જવળ બનાવે છે. જો કે, લિથિયમ-આયન બેટરી સંપૂર્ણ નથી, અને તેમની સૌથી મોટી સમસ્યા તેમના ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્રની સ્થિરતા છે. આ પેપર લિ-આયન બેટરીની ક્ષમતા લુપ્ત થવાના સંભવિત કારણોનો સારાંશ આપે છે અને તેનું વિશ્લેષણ કરે છે, જેમાં ઓવરચાર્જ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન અને સ્વ-ડિસ્ચાર્જનો સમાવેશ થાય છે.

જ્યારે બે ઈલેક્ટ્રોડ વચ્ચે ઈન્ટરકેલેશન પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે ત્યારે લિથિયમ-આયન બેટરીમાં અલગ અલગ ઈન્ટરકેલેશન એનર્જી હોય છે, અને બેટરીનું શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન મેળવવા માટે, બે હોસ્ટ ઈલેક્ટ્રોડના ક્ષમતા ગુણોત્તરનું સંતુલિત મૂલ્ય જાળવવું જોઈએ.

લિથિયમ-આયન બેટરીમાં, ક્ષમતા સંતુલન હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડના સમૂહ ગુણોત્તર તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે,

એટલે કે: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+

ઉપરોક્ત સૂત્રમાં, C એ ઇલેક્ટ્રોડની સૈદ્ધાંતિક કુલોમ્બિક ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે, અને Δx અને Δy અનુક્રમે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં જડિત લિથિયમ આયનોની સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક સંખ્યાનો સંદર્ભ આપે છે. ઉપરોક્ત સૂત્ર પરથી જોઈ શકાય છે કે બે ધ્રુવોનો જરૂરી સમૂહ ગુણોત્તર બે ધ્રુવોની અનુરૂપ કુલોમ્બ ક્ષમતા અને તેમના સંબંધિત ઉલટાવી શકાય તેવા લિથિયમ આયનોની સંખ્યા પર આધારિત છે.

ચિત્ર

સામાન્ય રીતે કહીએ તો, એક નાનો સમૂહ ગુણોત્તર નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના અપૂર્ણ ઉપયોગ તરફ દોરી જાય છે; નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડના વધુ પડતા ચાર્જને કારણે મોટા સમૂહનો ગુણોત્તર સલામતી માટે જોખમી બની શકે છે. ટૂંકમાં, ઑપ્ટિમાઇઝ માસ રેશિયો પર, બેટરીનું પ્રદર્શન શ્રેષ્ઠ છે.

આદર્શ લિ-આયન બેટરી સિસ્ટમ માટે, તેના ચક્ર દરમિયાન ક્ષમતા સંતુલન બદલાતું નથી, અને દરેક ચક્રમાં પ્રારંભિક ક્ષમતા ચોક્કસ મૂલ્ય છે, પરંતુ વાસ્તવિક પરિસ્થિતિ વધુ જટિલ છે. લિથિયમ આયનો અથવા ઈલેક્ટ્રોન પેદા અથવા વપરાશ કરી શકે તેવી કોઈપણ બાજુની પ્રતિક્રિયા બેટરી ક્ષમતા સંતુલનમાં ફેરફાર તરફ દોરી શકે છે. એકવાર બેટરીની ક્ષમતા સંતુલનની સ્થિતિ બદલાઈ જાય, આ ફેરફાર ઉલટાવી ન શકાય તેવો હોય છે અને તે બહુવિધ ચક્રો દ્વારા સંચિત થઈ શકે છે, જેના પરિણામે બેટરી કાર્યક્ષમતા થાય છે. ગંભીર અસર. લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાં, જ્યારે લિથિયમ આયનોને ડિન્ટરકેલેટેડ કરવામાં આવે છે ત્યારે થતી રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ ઉપરાંત, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન, સક્રિય પદાર્થનું વિસર્જન અને મેટાલિક લિથિયમ ડિપોઝિશન જેવી મોટી સંખ્યામાં બાજુ પ્રતિક્રિયાઓ પણ હોય છે.

કારણ 1: ઓવરચાર્જિંગ

1. ગ્રેફાઇટ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ઓવરચાર્જ પ્રતિક્રિયા:

જ્યારે બેટરી ઓવરચાર્જ થાય છે, ત્યારે લિથિયમ આયનો સરળતાથી ઘટે છે અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર જમા થાય છે:

ચિત્ર

જમા થયેલ લિથિયમ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર આવરણ કરે છે, લિથિયમના આંતરસંગ્રહને અવરોધે છે. આના કારણે ડિસ્ચાર્જ કાર્યક્ષમતા અને ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે:

①પુનઃઉપયોગ કરી શકાય તેવા લિથિયમની માત્રામાં ઘટાડો;

② જમા થયેલ ધાતુ લિથિયમ Li2CO3, LiF અથવા અન્ય ઉત્પાદનો બનાવવા માટે દ્રાવક અથવા સહાયક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે;

③ મેટલ લિથિયમ સામાન્ય રીતે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ અને વિભાજક વચ્ચે રચાય છે, જે વિભાજકના છિદ્રોને અવરોધિત કરી શકે છે અને બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારને વધારી શકે છે;

④ લિથિયમની ખૂબ જ સક્રિય પ્રકૃતિને કારણે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરવી અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો વપરાશ કરવો સરળ છે, પરિણામે ડિસ્ચાર્જ કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે અને ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.

ઝડપી ચાર્જિંગ, વર્તમાન ઘનતા ખૂબ મોટી છે, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ગંભીર રીતે ધ્રુવીકરણ છે, અને લિથિયમનું જુબાની વધુ સ્પષ્ટ હશે. જ્યારે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રીની તુલનામાં વધુ પડતી હોય ત્યારે આ થવાની સંભાવના છે. જો કે, ઉચ્ચ ચાર્જિંગ દરના કિસ્સામાં, જો હકારાત્મક અને નકારાત્મક સક્રિય સામગ્રીનો ગુણોત્તર સામાન્ય હોય તો પણ મેટાલિક લિથિયમનું નિરાકરણ થઈ શકે છે.

2. હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ઓવરચાર્જ પ્રતિક્રિયા

જ્યારે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રી અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રીનો ગુણોત્તર ખૂબ ઓછો હોય છે, ત્યારે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ઓવરચાર્જ થવાની સંભાવના છે.

પોઝિટિવ ઈલેક્ટ્રોડના ઓવરચાર્જને કારણે ક્ષમતાનું નુકસાન મુખ્યત્વે ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ રીતે નિષ્ક્રિય પદાર્થો (જેમ કે Co3O4, Mn2O3, વગેરે)ના નિર્માણને કારણે થાય છે, જે ઈલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેની ક્ષમતાના સંતુલનને નષ્ટ કરે છે અને ક્ષમતાનું નુકસાન ઉલટાવી ન શકાય તેવું છે.

(1) LiyCoO2

LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4

તે જ સમયે, સીલબંધ લિથિયમ-આયન બેટરીમાં હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના વિઘટન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ઓક્સિજન તે જ સમયે એકઠા થાય છે કારણ કે ત્યાં કોઈ પુનઃસંયોજન પ્રતિક્રિયા નથી (જેમ કે H2O ની પેઢી) અને વિઘટન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ જ્વલનશીલ ગેસ. ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું, અને પરિણામો અકલ્પનીય હશે.

(2) λ-MnO2

લિથિયમ-મેંગેનીઝની પ્રતિક્રિયા ત્યારે થાય છે જ્યારે લિથિયમ-મેંગેનીઝ ઑક્સાઈડ સંપૂર્ણપણે દૂર થઈ જાય છે: λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3. જ્યારે ઓવરચાર્જ થાય ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઓક્સિડાઇઝ થાય છે

જ્યારે દબાણ 4.5V કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટને અદ્રાવ્ય (જેમ કે Li2Co3) અને વાયુઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવશે. આ અદ્રાવ્ય પદાર્થો ઇલેક્ટ્રોડના માઇક્રોપોર્સને અવરોધિત કરશે અને લિથિયમ આયનોના સ્થાનાંતરણને અવરોધશે, જેના પરિણામે સાયકલિંગ દરમિયાન ક્ષમતામાં ઘટાડો થશે.

ઓક્સિડેશનના દરને અસર કરતા પરિબળો:

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીનો સપાટી વિસ્તાર

વર્તમાન કલેક્ટર સામગ્રી

ઉમેરાયેલ વાહક એજન્ટ (કાર્બન બ્લેક, વગેરે)

કાર્બન બ્લેકનો પ્રકાર અને સપાટી વિસ્તાર

વધુ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં, EC/DMC ને સૌથી વધુ ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર માનવામાં આવે છે. દ્રાવણની વિદ્યુતરાસાયણિક ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે આ રીતે વ્યક્ત થાય છે: દ્રાવણ→ઓક્સિડેશન ઉત્પાદન (ગેસ, દ્રાવણ અને ઘન પદાર્થ)+ne-

કોઈપણ દ્રાવકનું ઓક્સિડેશન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાંદ્રતામાં વધારો કરશે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સ્થિરતામાં ઘટાડો કરશે અને આખરે બેટરીની ક્ષમતાને અસર કરશે. ધારી રહ્યા છીએ કે દર વખતે ચાર્જ કરવામાં આવે ત્યારે થોડી માત્રામાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો વપરાશ થાય છે, બેટરી એસેમ્બલી દરમિયાન વધુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટની જરૂર પડે છે. સતત કન્ટેનર માટે, આનો અર્થ એ છે કે સક્રિય પદાર્થની થોડી માત્રા લોડ થાય છે, જેના પરિણામે પ્રારંભિક ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે. વધુમાં, જો નક્કર ઉત્પાદનનું નિર્માણ કરવામાં આવે તો, ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર એક પેસિવેશન ફિલ્મ બનાવવામાં આવશે, જે બેટરીના ધ્રુવીકરણમાં વધારો કરશે અને બેટરીના આઉટપુટ વોલ્ટેજને ઘટાડશે.

કારણ 2: ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન (ઘટાડો)

હું ઇલેક્ટ્રોડ પર વિઘટન કરું છું

1. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર વિઘટિત થાય છે:

ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં દ્રાવક અને સહાયક ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો સમાવેશ થાય છે. કેથોડના વિઘટન પછી, Li2Co3 અને LiF જેવા અદ્રાવ્ય ઉત્પાદનો સામાન્ય રીતે રચાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોડના છિદ્રોને અવરોધિત કરીને બેટરીની ક્ષમતા ઘટાડે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા બેટરીની ક્ષમતા અને ચક્ર જીવન પર પ્રતિકૂળ અસર કરશે. ઘટાડાથી ઉત્પન્ન થતો ગેસ બેટરીના આંતરિક દબાણમાં વધારો કરી શકે છે, જે સુરક્ષા સમસ્યાઓ તરફ દોરી શકે છે.

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ વિઘટન વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે 4.5V (વિ. Li/Li+) કરતા વધારે હોય છે, તેથી તે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર સરળતાથી વિઘટિત થતા નથી. તેનાથી વિપરીત, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વધુ સરળતાથી વિઘટિત થાય છે.

2. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર વિઘટિત થાય છે:

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ગ્રેફાઇટ અને અન્ય લિથિયમ-દાખલ કાર્બન એનોડ પર સ્થિર નથી, અને તે બદલી ન શકાય તેવી ક્ષમતા પેદા કરવા માટે પ્રતિક્રિયા આપવાનું સરળ છે. પ્રારંભિક ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું વિઘટન ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર એક પેસિવેશન ફિલ્મ બનાવશે, અને પેસિવેશન ફિલ્મ ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વધુ વિઘટનને રોકવા માટે કાર્બન નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડથી ઇલેક્ટ્રોલાઇટને અલગ કરી શકે છે. આમ, કાર્બન એનોડની માળખાકીય સ્થિરતા જાળવવામાં આવે છે. આદર્શ પરિસ્થિતિઓમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઘટાડો પેસિવેશન ફિલ્મ નિર્માણના તબક્કા સુધી મર્યાદિત છે, અને જ્યારે ચક્ર સ્થિર હોય ત્યારે આ પ્રક્રિયા થતી નથી.

પેસિવેશન ફિલ્મની રચના

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ક્ષારનો ઘટાડો પેસિવેશન ફિલ્મની રચનામાં ભાગ લે છે, જે પેસિવેશન ફિલ્મના સ્થિરીકરણ માટે ફાયદાકારક છે, પરંતુ

(1) ઘટાડા દ્વારા ઉત્પાદિત અદ્રાવ્ય પદાર્થ દ્રાવક ઘટાડાના ઉત્પાદન પર પ્રતિકૂળ અસર કરશે;

(2) જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મીઠું ઓછું થાય છે ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સાંદ્રતા ઘટે છે, જે આખરે બેટરીની ક્ષમતાના નુકશાન તરફ દોરી જાય છે (LiPF6 LiF, LixPF5-x, PF3O અને PF3 ની રચનામાં ઘટાડો થાય છે);

(3) પેસિવેશન ફિલ્મની રચના લિથિયમ આયનનો વપરાશ કરે છે, જે બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેની ક્ષમતાના અસંતુલનને કારણે સમગ્ર બેટરીની ચોક્કસ ક્ષમતાને ઘટાડે છે.

(4) જો પેસિવેશન ફિલ્મ પર તિરાડો હોય, તો દ્રાવક પરમાણુઓ પેસિવેશન ફિલ્મમાં ઘૂસી શકે છે અને ઘટ્ટ કરી શકે છે, જે માત્ર વધુ લિથિયમ વાપરે છે, પણ કાર્બન સપાટી પરના માઇક્રોપોર્સને પણ અવરોધિત કરી શકે છે, પરિણામે લિથિયમ દાખલ કરવામાં અસમર્થતા સર્જાય છે અને કાઢવામાં આવેલ. , બદલી ન શકાય તેવી ક્ષમતાના નુકશાનમાં પરિણમે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં કેટલાક અકાર્બનિક ઉમેરણો ઉમેરવાથી, જેમ કે CO2, N2O, CO, SO2, વગેરે, પેસિવેશન ફિલ્મની રચનાને વેગ આપી શકે છે અને દ્રાવકના સહ-નિવેશ અને વિઘટનને અટકાવી શકે છે. ક્રાઉન ઈથર ઓર્ગેનિક એડિટિવનો ઉમેરો પણ સમાન અસર ધરાવે છે. 12 ક્રાઉન અને 4 ઈથર્સ શ્રેષ્ઠ છે.

ફિલ્મની ક્ષમતા ગુમાવવાના પરિબળો:

(1) પ્રક્રિયામાં વપરાતા કાર્બનનો પ્રકાર;

(2) ઇલેક્ટ્રોલાઇટ રચના;

(3) ઇલેક્ટ્રોડ અથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ઉમેરણો.

બ્લાયર માને છે કે આયન વિનિમય પ્રતિક્રિયા સક્રિય પદાર્થના કણની સપાટીથી તેના મૂળ તરફ આગળ વધે છે, રચાયેલ નવો તબક્કો મૂળ સક્રિય સામગ્રીને દફનાવે છે અને કણની સપાટી પર ઓછી આયનીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા ધરાવતી નિષ્ક્રિય ફિલ્મ રચાય છે, તેથી સ્ટોરેજ પછી સ્પિનલ સ્ટોરેજ પહેલાં કરતાં વધુ ધ્રુવીકરણ.

ઝાંગને જાણવા મળ્યું કે સપાટીના પેસિવેશન લેયરનો પ્રતિકાર વધ્યો છે અને ચક્રોની સંખ્યામાં વધારો થવા સાથે ઇન્ટરફેસિયલ કેપેસિટીન્સમાં ઘટાડો થયો છે. તે પ્રતિબિંબિત કરે છે કે પેસિવેશન લેયરની જાડાઈ ચક્રની સંખ્યા સાથે વધે છે. મેંગેનીઝનું વિસર્જન અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું વિઘટન પેસિવેશન ફિલ્મોની રચના તરફ દોરી જાય છે, અને ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિ આ પ્રતિક્રિયાઓની પ્રગતિ માટે વધુ અનુકૂળ છે. આ સક્રિય સામગ્રીના કણો અને Li+ સ્થળાંતર પ્રતિકાર વચ્ચે સંપર્ક પ્રતિકાર વધારશે, જેનાથી બેટરીનું ધ્રુવીકરણ, અપૂર્ણ ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ અને ક્ષમતામાં ઘટાડો થશે.

II ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઘટાડાની પદ્ધતિ

ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઘણીવાર ઓક્સિજન, પાણી, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને અન્ય અશુદ્ધિઓ હોય છે અને બેટરીના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ઘટાડા મિકેનિઝમમાં ત્રણ પાસાઓનો સમાવેશ થાય છે: દ્રાવક ઘટાડો, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઘટાડો અને અશુદ્ધિ ઘટાડો:

1. દ્રાવક ઘટાડો

PC અને EC ના ઘટાડામાં એક-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિક્રિયા અને બે-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે, અને બે-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિક્રિયા Li2CO3 બનાવે છે:

ફોંગ એટ અલ. એવું માનવામાં આવતું હતું કે પ્રથમ ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિત 0.8V (વિ. Li/Li+) ની નજીક હતી, ત્યારે CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g) બનાવવા માટે ગ્રેફાઇટ પર PC/EC ની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા આવી હતી. અને LiCO3(s), જે ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ પર ઉલટાવી શકાય તેવું ક્ષમતા નુકશાન તરફ દોરી જાય છે.

ઓરબાચ એટ અલ. લિથિયમ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને કાર્બન-આધારિત ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના ઘટાડાની પદ્ધતિ અને ઉત્પાદનો પર વ્યાપક સંશોધન હાથ ધર્યું, અને જાણવા મળ્યું કે PC ની એક-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ ROCO2Li અને પ્રોપિલિન ઉત્પન્ન કરે છે. ROCO2Li પાણીને ટ્રેસ કરવા માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ છે. ટ્રેસ વોટરની હાજરીમાં મુખ્ય ઉત્પાદનો Li2CO3 અને પ્રોપીલીન છે, પરંતુ શુષ્ક સ્થિતિમાં કોઈ Li2CO3 ઉત્પન્ન થતું નથી.

ડીઈસીનું પુનઃસ્થાપન:

Ein-Eli Y એ અહેવાલ આપ્યો છે કે ડાયથાઈલ કાર્બોનેટ (DEC) અને ડાઈમિથાઈલ કાર્બોનેટ (DMC) સાથે મિશ્રિત ઈલેક્ટ્રોલાઈટ એથિલ મિથાઈલ કાર્બોનેટ (EMC) પેદા કરવા માટે બેટરીમાં વિનિમય પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થશે, જે ક્ષમતાના નુકશાન માટે જવાબદાર છે. ચોક્કસ પ્રભાવ.

2. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઘટાડો

ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીની ફિલ્મની રચનામાં સામેલ હોવાનું માનવામાં આવે છે, તેથી તેનો પ્રકાર અને સાંદ્રતા કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડના પ્રભાવને અસર કરશે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઘટાડો કાર્બન સપાટીના સ્થિરીકરણમાં ફાળો આપે છે, જે ઇચ્છિત પેસિવેશન સ્તર બનાવી શકે છે.

સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે દ્રાવક કરતાં સહાયક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઘટાડવાનું સરળ છે, અને ઘટાડાનું ઉત્પાદન નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ડિપોઝિશન ફિલ્મમાં મિશ્રિત થાય છે અને બેટરીની ક્ષમતાના ક્ષયને અસર કરે છે. સહાયક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની કેટલીક સંભવિત ઘટાડા પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:

3. અશુદ્ધિ ઘટાડો

(1) જો ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પાણીનું પ્રમાણ ખૂબ ઊંચું હોય, તો LiOH(s) અને Li2O થાપણો રચાશે, જે લિથિયમ આયનો દાખલ કરવા માટે અનુકૂળ નથી, પરિણામે ઉલટાવી ન શકાય તેવી ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે:

H2O＋e→OH-＋1/2H2

OH-＋Li+→LiOH(ઓ)

LiOH+Li++e-→Li2O(s)+1/2H2

જનરેટ થયેલ LiOH(s) ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર જમા થાય છે, ઉચ્ચ પ્રતિકાર સાથે સપાટીની ફિલ્મ બનાવે છે, જે ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડમાં Li+ ઇન્ટરકેલેશનને અવરોધે છે, જેના પરિણામે ઉલટાવી શકાય તેવું ક્ષમતા નુકશાન થાય છે. દ્રાવકમાં પાણીની થોડી માત્રા (100-300×10-6) ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડની કામગીરી પર કોઈ અસર કરતી નથી.

(2) દ્રાવકમાં CO2 ને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પર ઘટાડી CO અને LiCO3(ઓ):

2CO2+2e-+2Li+→Li2CO3+CO

CO બેટરીનું આંતરિક દબાણ વધારશે, અને Li2CO3(s) બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારને વધારશે અને બેટરીની કામગીરીને અસર કરશે.

(3) દ્રાવકમાં ઓક્સિજનની હાજરી પણ Li2O ની રચના કરશે

1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

કારણ કે મેટાલિક લિથિયમ અને સંપૂર્ણ ઇન્ટરકેલેટેડ કાર્બન વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત નાનો છે, કાર્બન પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઘટાડો લિથિયમ પરના ઘટાડા જેવો જ છે.

કારણ 3: સ્વ-ડિસ્ચાર્જ

સ્વ-ડિસ્ચાર્જ એ એવી ઘટનાનો ઉલ્લેખ કરે છે કે જ્યારે બેટરી ઉપયોગમાં ન હોય ત્યારે કુદરતી રીતે તેની ક્ષમતા ગુમાવે છે. લિ-આયન બેટરી સ્વ-ડિસ્ચાર્જ બે કિસ્સાઓમાં ક્ષમતા ગુમાવે છે:

એક ઉલટાવી શકાય તેવું ક્ષમતા નુકશાન છે;

બીજું બદલી ન શકાય તેવી ક્ષમતાની ખોટ છે.

ઉલટાવી શકાય તેવી ક્ષમતા નુકશાનનો અર્થ એ છે કે ચાર્જિંગ દરમિયાન ખોવાયેલી ક્ષમતા પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જ્યારે ઉલટાવી શકાય તેવું ક્ષમતા નુકશાન તેનાથી વિપરીત છે. સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ચાર્જ થયેલ સ્થિતિમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે માઇક્રોબેટરી તરીકે કાર્ય કરી શકે છે, જેના પરિણામે લિથિયમ આયન ઇન્ટરકેલેશન અને ડિઇન્ટરકેલેશન, અને પોઝિટિવ અને નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ્સનું ઇન્ટરકેલેશન અને ડિઇન્ટરકેલેશન થાય છે. એમ્બેડેડ લિથિયમ આયનો માત્ર ઇલેક્ટ્રોલાઇટના લિથિયમ આયનો સાથે સંબંધિત છે, તેથી હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સની ક્ષમતા અસંતુલિત છે, અને ચાર્જિંગ દરમિયાન ક્ષમતાના નુકસાનનો આ ભાગ પાછો મેળવી શકાતો નથી. જેમ કે:

લિથિયમ મેંગેનીઝ ઓક્સાઇડ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ અને દ્રાવક માઇક્રો-બેટરી અસર અને સ્વ-ડિસ્ચાર્જનું કારણ બનશે, જેના પરિણામે ક્ષમતામાં ઉલટાવી શકાય તેવું નુકશાન થશે:

LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4

દ્રાવક પરમાણુઓ (જેમ કે પીસી) વાહક સામગ્રી કાર્બન બ્લેક અથવા વર્તમાન કલેક્ટરની સપાટી પર માઇક્રોબેટરી એનોડ તરીકે ઓક્સિડાઇઝ થાય છે:

xPC→xPC-રેડિકલ+xe-

તેવી જ રીતે, નકારાત્મક સક્રિય સામગ્રી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને સ્વ-ડિસ્ચાર્જનું કારણ બની શકે છે અને બદલી ન શકાય તેવી ક્ષમતા ગુમાવી શકે છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (જેમ કે LiPF6) વાહક સામગ્રી પર ઘટે છે:

PF5+xe-→PF5-x

ચાર્જ થયેલ સ્થિતિમાં લિથિયમ કાર્બાઇડને માઇક્રોબેટરીના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે લિથિયમ આયનોને દૂર કરીને ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે:

LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-

સ્વ-ડિસ્ચાર્જને અસર કરતા પરિબળો: હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા, બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ગુણધર્મો, તાપમાન અને સમય.