Причина поломок литиевых батарей
Деградация литий-ионных аккумуляторов заключается в постепенной потере исходной емкости, в результате чего элементы быстро разряжаются и не справляются со своими задачами. Процесс деградации неизбежен, но протекает медленно – обычно Li-ion аккумуляторы перестают держать заряд после 1000 рабочих циклов перезарядки. Причина снижения рабочих характеристик литиевых элементов кроется в особенностях их структуры.
Многочисленные циклы заряд-разряд и воздействия высоких температур приводят к нарушениям в передвижении между электродами ионов лития. Активная часть катода в Li-ion аккумуляторе имеет определенную атомную структуру, которая обеспечивает необходимую стабильность и производительность элементов. Рассмотрим подробнее роль ионов лития в строении и работе Li-ion аккумуляторов.
Причины деградации Li-ion аккумуляторов
В процессе заряда и разряда аккумулятора ионы лития перемещаются между катодом и анодом. В идеале они должны при каждом последующем возвращении к катоду занимать свои прежние места – для сохранения стабильной кристаллической структуры. Но в реальности ионы лития сколько угодно меняют свое местоположение, далеко не всегда возвращаясь на свои места, и кристаллическая структура катода меняется с каждым циклом разряд-заряд.
В результате катод получает измененную кристаллическую структуру с другими электрохимическими характеристиками. Это происходит из-за изменения начального расположения атомов, которое обеспечивало необходимые параметры. Но деградация может затрагивать и другие части аккумулятора. В частности, эффективному движению электронов во внешнюю цепь препятствует разрушение поверхности коллектора тока.
Аккумулятор может коррозировать из-за взаимодействия электролита и электродов. Анод из графита легко отпускает электроны в электролит, из-за чего на его поверхности появляется нежелательное покрытие. Катод же легко принимает находящиеся в электролите электроны, что приводит к появлению на его частях покрытия и к разъеданию алюминия коллектора тока.
Из-за реакции графита с электролитом появляется пористый слой, на создание которого тратится часть лития. При нагреве или глубоком разряде аккумулятора этот слой частично растворяется в электролите, и на создание нового защитного слоя опять тратится литий. К тому же, толстый защитный слой препятствует свободному перемещению ионов Li, что негативно сказывается на характеристиках аккумулятора.
Как сохранить аккумулятор 18650
В вопросе, как сохранить литий-ионный аккумулятор 18650 или другого типоразмера от ускоренной деградации, используются разные методы:
- Применение электролитических добавок, препятствующих негативным реакциям между электродами и электролитом.
- Поиск более стабильных кристаллических структур для создания электродов.
- Использование более стабильных электролитов и связующих материалов.
- Усовершенствование корпусов и температурных систем управления – для сохранения аккумуляторов в безопасном температурном диапазоне.
- Соблюдение правил эксплуатации, в т. ч. исключение перегрева аккумуляторов и их глубокого разряда.
В нашей предыдущей статье описывается, как правильно заряжать пальчиковые аккумуляторы.
