Zašto kapacitet litij-ionskih baterija opada?

Litij-ionska baterija smanjenje kapaciteta odnosi se na pojavu da litijsko-jonske baterije postepeno gube dostupan kapacitet tijekom vremena i vijeka trajanja baterije. Koji je mehanizam smanjenja kapaciteta?

1. Promjena volumena

Tijekom procesa punjenja i pražnjenja baterije, litijski ioni upadaju u elektrode i izlaze iz njih, uzrokujući da se kristalne rešetke pozitivnih i negativnih elektrodnih materijala više-manje šire ili skupljaju.

A. Mikrostruktura katodnog materijala se mijenja, što rezultira smanjenjem količine litija koji se može umetnuti. Kod prekomjernog punjenja, litijski se ioni brzo seli prema anodi, što uzrokuje kolaps katodne rešetke.

B. Promjena volumena grafitne anode tijekom umetanja i vađenja ionski litij može doseći 10%, što uzrokuje slojevito odvajanje čestica.

2. Stvaranje SEI filma

Tijekom faze formiranja baterije, litijevi ioni kemijski reagiraju s određenim komponentama elektrolita tijekom inicijalnog procesa punjenja i pražnjenja, formirajući ireverzibilni solidni elektrolitski interfejs na granici između negativne elektrode i elektrolita. Tijekom procesa punjenja i pražnjenja, SEI se neprekidno raspada i regenerira, što rezultira smanjenjem aktivnih litijevih iona, povećanjem debljine SEI filma i povećanjem unutarnjeg otpora.

3. Rast litijevih dendrita

Pod niskim temperaturama, uvjetima brzog punjenja i prekomjernog punjenja, litijevi se ioni nastavljaju kretati prema negativnoj elektrodi. Brzina ekstrakcije litijevih iona veća je od brzine upisivanja litijevih iona, što rezultira deponiranjem litijevih iona uz negativnu elektrodu i smanjenjem aktivnog litija.

4. Razgradnja elektrolita

Razgradnja elektrolita prvenstveno se odvija kroz dva puta: elektrokemijsku razgradnju i kemijsku razgradnju. Elektrokemijska razgradnja dijeli se na oksidativnu razgradnju na strani pozitivne elektrode i reduktivnu razgradnju na strani negativne elektrode. Oksidativna razgradnja na strani pozitivne elektrode događa se kada je potencijal pozitivne elektrode >4,5 V, što uzrokuje nabubrenost baterije i povećanje interfacijskog otpora. Reduktivna razgradnja na strani negativne elektrode događa se kada je potencijal grafitne negativne elektrode <0,8 V, što uzrokuje debljanje SEI sloja baterije i smanjenje aktivnog litija. Kemijska razgradnja dijeli se na reakcije katalizirane tragovima vode i reakcije razgradnje pri visokoj temperaturi. Reakcije katalizirane tragovima vode uzrokuju koroziju pozitivne elektrode. Reakcije razgradnje pri visokoj temperaturi uzrokuju isušivanje elektrolita, što vodi ka termalnom kašnjenju.

5. Korozija kolektora struje

Korozija strujnog kolektora kategorizira se kao korozija aluminijske folije pozitivne elektrode pri visokom potencijalu i korozija bakarne folije negativne elektrode pri niskom potencijalu. Kada potencijal pozitivne elektrode premaši 3,8 V, aluminijska folija pozitivne elektrode oksidira i korodira. Kod prekomjernog punjenja, kada je potencijal negativne elektrode manji od 3 V, bakarna folija se otapa, migrira prema pozitivnoj elektrodi i taloži na površini pozitivne elektrode.

Također postoji oštećenje vodljivih sredstava i starenje dijafragmi.