Lors de l'utilisation de
batteries lithium-ion , la capacité utile réelle continuera de diminuer par rapport à la capacité nominale au moment de la livraison. Toute réaction secondaire pouvant consommer des ions lithium peut entraîner une modification de l'équilibre des ions lithium dans la batterie. Ce changement de l'état d'équilibre est irréversible et peut s'accumuler sur plusieurs cycles, affectant ainsi négativement les performances de la batterie.
La charge et la décharge d'une batterie s'appelle un cycle, et la durée de vie du cycle est un indicateur important de la performance de la durée de vie de la batterie. La raison fondamentale derrière les facteurs qui affectent la durée de vie des batteries lithium-ion est que le nombre d'ions lithium impliqués dans le transfert d'énergie diminue constamment. La quantité totale de lithium dans la batterie n'a pas été réduite, mais les ions lithium "activés" sont moindres, ils sont emprisonnés à certains endroits ou le canal de transmission est bloqué et ils ne peuvent pas participer librement au processus de charge et de décharge. Spécifiquement:
(1) La précipitation du lithium métallique : se produit généralement à la surface de l'électrode négative. Lorsque les ions lithium migrent vers la surface de l'électrode négative, certains des ions lithium ne pénètrent pas dans le matériau actif de l'électrode négative pour former un composé stable. Au lieu de cela, ils obtiennent des électrons et se déposent sur la surface de l'électrode négative pour devenir du lithium métallique, et ne participent plus au processus de cycle suivant, ce qui entraîne une diminution de la capacité. Par exemple, lorsque le matériau de l'électrode négative est insuffisant ou surchargé, l'électrode négative ne peut pas accueillir les ions lithium migrés de l'électrode positive, entraînant le dépôt de lithium métallique ; pendant la charge à haut débit, la quantité excessive d'ions lithium atteignant l'électrode négative dans un court laps de temps provoque un blocage du canal et une précipitation.
(2) Décomposition du matériau cathodique : L'oxyde métallique contenant du lithium du matériau de l'électrode positive continuera à se décomposer pendant une utilisation à long terme, produisant des substances électrochimiques inertes et des gaz inflammables, détruisant l'équilibre de capacité entre les électrodes et provoquant une perte irréversible de capacité.
(3) Film SEI sur la surface de l'électrode : Pour les matériaux d'anode en carbone, pendant le cycle initial, l'électrolyte formera un film d'électrolyte solide (SEI) à la surface de l'électrode. Le processus de formation du film SEI consommera des ions lithium, et le film SEI n'est pas stable et sera dans le processus de cycle. La rupture continue de la batterie exposera la nouvelle surface de l'électrode négative et réagira ensuite avec l'électrolyte pour former un nouveau film SEI, qui continuera à provoquer la perte continue d'ions lithium et d'électrolyte, entraînant une diminution de la capacité de la batterie . De plus, les canaux de diffusion des ions Lithium du film SEI peuvent être bloqués, ce qui entraînera également une diminution de la capacité de la batterie.
(4) Perte d'électrolyte : Dans le processus de circulation continue, l'électrolyte continuera à se décomposer et à se volatiliser, entraînant une diminution de la quantité totale d'électrolyte, une incapacité à infiltrer complètement les matériaux positifs et négatifs, et des réactions de charge et de décharge incomplètes, entraînant une diminution de la capacité d'utilisation réelle. De plus, si l'électrolyte contient une certaine quantité d'eau, l'eau réagira chimiquement avec LiFP6 pour produire du LiF et du HF. HF détruit alors le film SEI et génère plus de LiF, provoquant un dépôt de LiF et une consommation continue d'ions lithium actifs. Diminuer la durée de vie de la batterie.
(5) Le diaphragme est bloqué ou endommagé : Pendant le cycle des batteries lithium-ion, l'assèchement progressif du diaphragme et sa défaillance sont également une cause de baisse de capacité. En raison du dessèchement de la membrane d'isolation, la résistance interne ohmique de la batterie augmente, provoquant le blocage des canaux de charge et de décharge, une charge et une décharge incomplètes, et la capacité de la batterie ne peut pas être restaurée à l'état initial, ce qui réduit considérablement la capacité et la durée de vie de la batterie.
(6) Les matériaux des électrodes positives et négatives tombent : Les matières actives des électrodes positive et négative sont fixées sur le substrat par le liant. Lors d'une utilisation à long terme, en raison de la défaillance du liant et de la vibration mécanique de la batterie, les matériaux actifs des électrodes positives et négatives tombent en permanence et pénètrent dans la solution électrolytique. , ce qui conduit à la réduction continue des matières actives pouvant participer à la réaction électrochimique, et à la diminution continue du cycle de vie de la batterie. La stabilité à long terme du liant et les bonnes propriétés mécaniques de la batterie pourront retarder la baisse du cycle de vie de la batterie.
Les méthodes de test actuelles utilisées pour évaluer la durée de vie des batteries lithium-ion subissent généralement des tests de cycle de charge et de décharge continus, qui nécessitent un cycle de test long. Les normes relatives aux batteries lithium-ion spécifient généralement les exigences de durée de vie et les méthodes de test. Dans les normes nationales existantes sur les batteries lithium-ion, les exigences de test pour la durée de vie des batteries lithium-ion sont présentées dans le tableau 1.
Standard | Utiliser le champ | Courant d'essai | Durée de vie minimale |
GB/T 18287-203 | téléphone portable | 1C5 | 300 fois | 60% capacité |
MT/T 1051-2007 | Lampe de mineur | 1C5 | 300 fois | 60% capacité |
GJB 4477-2002 | - | 0.2C5 | 400 fois | 70% de capacité |
GB/T 36972-2018 | vélo électrique | 0.5C5 | 600 fois | 70% de capacité |
GB/T 31484-2015 | Voiture électrique | 1C1 | 500 fois 1000 fois | 90% capacité 80% capacité |
CEC 171-2018 Type d'énergie | Stockage d'énergie | nx Pn puissance constante | 1000 fois 2000 fois | 90% d'énergie 80% d'énergie |
CEC 171-2018 Type d'alimentation | Stockage d'énergie | nx Pn puissance constante | 2000 fois 4000 fois | 80% énergie 60% énergie |
Conclusion:
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