welkom bij XIAMEN TOB NEW ENERGY TECHNOLOGY Co., LTD..
  • Nederlands
  • Russian
  • f
  • i
  • y
  • t
  • p
battery machine and materials solution
Mechanismen voor capaciteitsafname van lithium-ionbatterijen

Mechanismen voor capaciteitsafname van lithium-ionbatterijen

May 09 , 2025
Een lithium-ionbatterij bestaat voornamelijk uit een kathode, anode, elektrolyt en separator. Tijdens het opladen ontkoppelen lithiumionen zich van het kathodemateriaal, migreren door het elektrolyt en intercaleren in het anodemateriaal. Tijdens het ontladen bewegen lithiumionen in de tegenovergestelde richting, ontkoppelen ze zich van de anode en keren ze via het elektrolyt terug naar de kathode. Deze herhaalde intercalatie en de-intercalatie van lithiumionen tussen de kathode en anode maakt de laad-ontlaadfunctie van de batterij mogelijk, waardoor apparaten van elektrische energie worden voorzien.

lithium-ion battery

I. Materiaalgerelateerde factoren

1. Structurele degradatie van kathodemateriaal

Kathodematerialen ondergaan complexe fysische en chemische veranderingen tijdens laad-ontlaadcycli. Neem bijvoorbeeld spinelgestructureerd LiMn₂O₄: de structuur vervormt door het Jahn-Teller-effect tijdens de cycli. Deze vervorming neemt toe bij herhaalde cycli en kan uiteindelijk leiden tot breuk van kathodedeeltjes. Gebroken deeltjes verslechteren het elektrische contact tussen de deeltjes, waardoor het elektronentransport wordt belemmerd en de capaciteit afneemt. Bovendien treden in sommige kathodematerialen onomkeerbare faseovergangen en structurele verstoringen op. Zo gaan bepaalde kathodematerialen onder hoge spanning over van stabiele kristalstructuren naar fasen die ongunstig zijn voor de intercalatie/de-intercalatie van lithiumionen, waardoor de mobiliteit van lithiumionen wordt belemmerd en het capaciteitsverlies toeneemt.


2. Overmatige SEI-groei op anodeoppervlakken

Voor grafietanodes zijn de interacties tussen het oppervlak en de elektrolyt cruciaal. Tijdens het initiële laadproces ondergaan componenten in de elektrolyt reductiereacties op het grafietoppervlak, waardoor een vaste elektrolyt-interfaselaag (SEI) ontstaat. Normaal gesproken is de SEI-laag ionisch geleidend maar elektronisch isolerend, waardoor de anode wordt beschermd tegen continue elektrolytcorrosie. Overmatige SEI-groei brengt echter aanzienlijke problemen met zich mee. Ten eerste verbruikt SEI-vorming lithiumionen, waardoor de beschikbare Li⁺ voor normale laad- en ontlaadprocessen afneemt en capaciteitsverlies optreedt. Ten tweede kunnen overgangsmetaalverontreinigingen (bijvoorbeeld afkomstig van kathode-oplossing) die zich op het anodeoppervlak afzetten, verdere SEI-groei katalyseren, waardoor lithiumuitputting wordt versneld.
Anodes op basis van silicium worden, ondanks hun hoge theoretische capaciteit, geconfronteerd met een sterke volume-expansie (>300%) tijdens de lithiëring/delithiëring. Herhaalde expansie/contractie veroorzaakt structurele schade, elektrodeverpulvering en verlies van elektrisch contact, wat leidt tot onomkeerbaar capaciteitsverlies. Hoewel technologieën zoals nanogestructureerde siliciumanodes en silicium-koolstofcomposieten volume-effecten beperken, blijft dit een cruciale uitdaging voor de commercialisering van siliciumanoden.


3. Ontleding en afbraak van elektrolyten

De elektrolyt speelt een cruciale rol in ionentransport. Veelvoorkomende lithiumzouten zoals LiPF₆ vertonen een slechte chemische stabiliteit en ontbinden bij hoge temperaturen of spanningen, waardoor de beschikbare hoeveelheid Li⁺ afneemt en schadelijke bijproducten ontstaan (bijv. PF₅, dat reageert met oplosmiddelen). Sporenvocht in de elektrolyt reageert met LiPF₆ en produceert waterstoffluoride (HF), een corrosief middel dat kathode-/anodematerialen en stroomcollectoren aantast. Slechte afdichting van de batterij maakt het binnendringen van vocht/zuurstof van buitenaf mogelijk, wat de oxidatie van de elektrolyt versnelt. Gedegradeerde elektrolyten vertonen een verhoogde viscositeit, verkleuring en een drastisch verminderde ionengeleiding, wat de batterijprestaties ernstig verslechtert.


4. Corrosie van de stroomcollector

Stroomcollectoren (bijvoorbeeld aluminiumfolie voor kathodes, koperfolie voor anodes) verzamelen en geleiden stroom. Storingen kunnen onder meer corrosie en verminderde hechting veroorzaken. Corrosiemechanismen omvatten:
• Chemische corrosie: HF uit elektrolytnevenreacties reageert met collectoren, waardoor slecht geleidende verbindingen worden gevormd die de grensvlakweerstand verhogen.

• Adhesiefalen: volumeveranderingen tijdens de cyclus kunnen ervoor zorgen dat actieve materialen loskomen van de collectoren als de adhesie onvoldoende is, waardoor ze elektrochemisch inactief worden.


5. Sporen van onzuiverheden in het batterijsysteem

Onzuiverheden in overgangsmetalen (Fe, Ni, Co) die via grondstoffen worden geïntroduceerd, kunnen deelnemen aan redoxreacties, de afbraak van elektrolyten katalyseren of concurreren met Li⁺-intercalatie. Deze onzuiverheden destabiliseren ook SEI-lagen, waardoor anodereacties verergeren.


II. Operationele omgevingsfactoren

1. Temperatuureffecten

• Hoge temperaturen versnellen de afbraak van elektrolyten en de herstructurering van SEI. De afbraak van LiPF₆ genereert PF₅, dat reageert met oplosmiddelen, terwijl SEI-lagen dikker worden tot anorganisch gedomineerde films met een hogere ionenweerstand. Elektrische voertuigen die in warme klimaten rijden, vertonen bijvoorbeeld een versnelde capaciteitsvermindering.
• Lage temperaturen verhogen de viscositeit en polarisatie van de elektrolyt, wat de vorming van lithium op anodes bevordert. Lithiumdendrieten kunnen separatoren doorboren en interne kortsluiting veroorzaken.


2. Laad-ontlaadsnelheden (C-snelheden)

Hoge C-waarden tijdens het opladen veroorzaken een ongelijkmatige lithiumafzetting, waardoor dendrieten ontstaan die Li⁺ verbruiken en interne kortsluiting veroorzaken. Ontladen met hoge snelheid verergert de polarisatie, waardoor de bruikbare energie afneemt en het capaciteitsverlies toeneemt. Elektrisch gereedschap dat frequent met hoge stroom ontlaadt, heeft een kortere levensduur.


3. Overladen/Te veel ontladen

• Overbelasting zorgt voor overmatige delithiatie van kathodes, wat leidt tot een structurele ineenstorting en heftige oxidatie van de elektrolyt (gasontwikkeling, zwelling of thermische runaway).

• Overontlading zorgt voor overmatige lithiëring van anodes, waardoor hun structuur destabiliseert en elektrolytreductie optreedt. Vroege smartphones zonder beveiligingscircuits vertoonden een snel capaciteitsverlies bij dergelijk misbruik.


Gevolgen van batterijstoring

Ernstige capaciteitsvermindering manifesteert zich als onvoldoende looptijd (bijv. kortstondig gebruik van het apparaat na het opladen) of abnormaal laadgedrag (bijv. langzaam opladen). In kritische toepassingen:

• Elektrische voertuigen: een defecte accu vermindert de actieradius en kan leiden tot gestrande voertuigen.

• Energieopslag op netniveau: defecte batterijen verstoren de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening en vormen een bedreiging voor de veiligheid van het net.



BijTOB NIEUWE ENERGIEWij streven ernaar uw strategische partner te zijn bij het ontwikkelen van energieopslagtechnologieën. Van hoogwaardigebatterijkathodematerialen/batterijanodematerialenVan gespecialiseerde bindmiddelen tot nauwkeurig ontworpen separatoren en op maat gemaakte elektrolyten, wij bieden een uitgebreid assortiment batterijcomponenten die ontworpen zijn om de betrouwbaarheid en efficiëntie van uw product te verhogen. Ons aanbod omvat geavanceerdeapparatuur voor de productie van batterijenEnbatterijtester, wat zorgt voor een naadloze integratie in elke fase van de batterijproductie. Met de focus op kwaliteit, duurzaamheid en collaboratieve innovatie leveren we oplossingen die inspelen op de veranderende eisen van de industrie. Of u nu bestaande ontwerpen optimaliseert of baanbrekende batterijen van de volgende generatie ontwikkelt, ons team staat klaar om uw doelen te ondersteunen met technische expertise en snelle service. Laten we samen de toekomst van energieopslag bouwen. Neem vandaag nog contact met ons op om te ontdekken hoe onze geïntegreerde oplossingen uw succes kunnen versnellen.

laat een bericht achter

    Als u geïnteresseerd bent in onze producten en meer details wilt weten, laat dan hier een bericht achter, wij zullen u zo snel mogelijk antwoorden.

Huis

Producten

bedrijf

top