¿Por qué disminuye la capacidad de las baterías de litio-ion?

Batería de iones de litio la degradación de la capacidad se refiere al fenómeno por el cual las baterías de iones de litio pierden gradualmente su capacidad disponible con el tiempo y el ciclo de vida. ¿Cuál es el mecanismo detrás de esta degradación?

1. Cambio de volumen

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, los iones de litio se intercalan y desintercalan, causando que las redes de los materiales del electrodo positivo y negativo se expandan/contraigan en diferentes grados.

A. La microestructura del material catódico cambia, lo que resulta en una disminución de la cantidad de litio intercalado. Bajo condiciones de sobrecarga, los iones de litio migran rápidamente hacia el ánodo, causando el colapso de la red catódica.

B. El cambio de volumen del grafito en el electrodo negativo durante la intercalación y desintercalación iones de litio puede alcanzar el 10%, provocando estratificación de las partículas.

2. Formación de la película SEI

Durante la fase de formación de la batería, los iones de litio reaccionan químicamente con ciertos componentes del electrolito durante el proceso inicial de carga y descarga, formando una interfaz de electrolito sólido irreversible en la interfaz entre el electrodo negativo y el electrolito. Durante el proceso de carga y descarga, el SEI se descompone y regenera continuamente, lo que resulta en una disminución de los iones de litio activos, un aumento en el espesor de la película SEI y un incremento en la resistencia interna.

3. Crecimiento de dendritas de litio

Bajo condiciones de baja temperatura, carga rápida y sobrecarga, los iones de litio continúan moviéndose hacia el electrodo negativo. La velocidad de extracción de los iones de litio es mayor que la velocidad de intercalación de los iones de litio, lo que resulta en la deposición de iones de litio cerca del electrodo negativo y una reducción del litio activo.

4. Descomposición del electrolito

La descomposición del electrolito ocurre principalmente a través de dos vías: descomposición electroquímica y descomposición química. La descomposición electroquímica se divide en descomposición oxidativa en el lado del electrodo positivo y descomposición reductiva en el lado del electrodo negativo. La descomposición oxidativa en el lado del electrodo positivo ocurre cuando el potencial del electrodo positivo es >4,5 V, causando hinchazón de la batería y aumento de la impedancia interfacial. La descomposición reductiva en el lado del electrodo negativo ocurre cuando el potencial del electrodo negativo de grafito es <0,8 V, causando engrosamiento de la SEI de la batería y reducción del litio activo. La descomposición química se divide en reacciones catalizadas por trazas de agua y reacciones de descomposición a alta temperatura. Las reacciones catalizadas por trazas de agua causan corrosión en el electrodo positivo. Las reacciones de descomposición a alta temperatura causan la sequedad del electrolito, lo que lleva a una tendencia hacia el descontrol térmico.

5. Corrosión del colector de corriente

La corrosión del colector de corriente se categoriza como corrosión de la lámina de aluminio del electrodo positivo a alto potencial y corrosión de la lámina de cobre del electrodo negativo a bajo potencial. Cuando el potencial del electrodo positivo supera los 3,8 V, la lámina de aluminio del electrodo positivo se oxida y corroe. Bajo condiciones de sobrecarga, cuando el potencial del electrodo negativo es inferior a 3 V, la lámina de cobre se disuelve, migra hacia el electrodo positivo y se deposita en la superficie del electrodo positivo.

También existen fallos del agente conductor y envejecimiento de las membranas.