Ինչու՞ է նվազում լիթիում-իոնային մարտկոցների տարողությունը

Լիթիում-իոն ակումուլյատոր տարողականության նվազում երևույթն այն է, երբ լիթիում-իոնային մարտկոցները ժամանակի ընթացքում ու օգտագործման հետ միասին աստիճանաբար կորցնում են իրենց առկա տարողականությունը: Ո՞րն է տարողականության նվազման մեխանիզմը:

1. Ծավալի փոփոխություն

Մարտկոցի լիցքավորման ու արձակման ընթացքում լիթիումի իոնները ներթափանցում են և դուրս են գալիս, ինչի արդյունքում դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութերի բյուրեղական ցանցերը աստիճանաբար ընդարձակվում և սեղմվում են:

Ա. Կատոդի նյութի միկրոկառուցվածքը փոխվում է, ինչի արդյունքում նվազում է լիթիումի ներթափանցման քանակը: Վերալիցքավորման պայմաններում լիթիումի իոնները արագ տեղափոխվում են անոդի վրա, ինչի արդյունքում կատոդի ցանցը փլվում է:

Բ. Գրաֆիտե անոդի ծավալի փոփոխությունը լիթիումի ներթափանցման և արտահոսքի ընթացքում լիթիումի իոնները կարող է հասնել 10%-ի, ինչի արդյունքում առաջանում է մասնիկների շերտավորում:

2. SEI թաղանթի առաջացում

Բացասական էլեկտրոդի և էլեկտրոլիտի միջերեւում առաջին լիցքավորման և կարգավորման ընթացքում լիթիումի իոնները քիմիապես փոխազդում են էլեկտրոլիտի որոշ բաղադրիչների հետ՝ առաջացնելով անհակադարձ պինդ էլեկտրոլիտային միջերեւ։ Լիցքավորման և կարգավորման ընթացքում SEI-ն անընդհատ քայքայվում է և վերականգնվում՝ ակտիվ լիթիումի իոնների քանակի նվազման, SEI թիթեղի հաստացման և ներքին դիմադրության մեծացման պատճառով։

3. Լիթիումե աճի մանրաթելեր

Ցածր ջերմաստիճանների, արագ լիցքավորման և վերահսկվող պայմանների ներքո լիթիումի իոնները շարունակում են բացասական էլեկտրոդի ուղղությամբ շարժվել։ Լիթիումի իոնների արտահանման արագությունը մեծ է լիթիումի իոնների տեղադրման արագությունից, ինչը բացասական էլեկտրոդի մոտ լիթիումի իոնների նստումը և ակտիվ լիթիումի նվազումն է առաջացնում։

4. Էլեկտրոլիտի քայքայում

Էլեկտրոլիտի քայքայումը հիմնականում տեղի է ունենում երկու ճանապարհով՝ էլեկտրաքիմիական քայքայում և քիմիական քայքայում: Էլեկտրաքիմիական քայքայումը բաժանվում է օքսիդացնող քայքայման դրական էլեկտրոդի կողմում և վերականգնող քայքայման բացասական էլեկտրոդի կողմում: Դրական էլեկտրոդի կողմում օքսիդացնող քայքայումը տեղի է ունենում, երբ դրական էլեկտրոդի պոտենցիալը >4.5Վ է, ինչը հանգեցնում է մարտկոցի փքվելուն և միջերեսային իմպեդանսի մեծացմանը: Բացասական էլեկտրոդի կողմում վերականգնող քայքայումը տեղի է ունենում, երբ գրաֆիտե բացասական էլեկտրոդի պոտենցիալը <0.8Վ է, ինչը հանգեցնում է մարտկոցի SEI-ի հաստացմանը և ակտիվ լիթիումի նվազմանը: Քիմիական քայքայումը բաժանվում է հետքային ջրով կատալիզվող ռեակցիաների և բարձր ջերմաստիճանային քայքայման ռեակցիաների: Հետքային ջրով կատալիզվող ռեակցիաները պատճառ են դառնում դրական էլեկտրոդի կոռոզիային: Բարձր ջերմաստիճանային քայքայման ռեակցիաները հանգեցնում են էլեկտրոլիտի չորացմանը, ինչը մարտկոցի մոտ ջերմային անդրադարձի մղման պատճառ է դառնում:

5. Կոլեկտորի կոռոզիա

Դրական էլեկտրոդի մակաղական ֆոլիայի կոռոզիան բարձր պոտենցիալով և բացասական էլեկտրոդի պղնձե ֆոլիայի կոռոզիան ցածր պոտենցիալով դասակարգվում են որպես հոսանահավաքիչների կոռոզիա։ Երբ դրական էլեկտրոդի պոտենցիալը գերազանցում է 3.8Վ, դրական էլեկտրոդի ալյումինե ֆոլիան օքսիդանում և կոռոզիայի է ենթարկվում։ Վերալիցքավորման պայմաններում, երբ բացասական էլեկտրոդի պոտենցիալը փոքր է 3Վ-ից, պղնձե ֆոլիան լուծվում է, տեղափոխվում է դրական էլեկտրոդի մոտ և նստում դրական էլեկտրոդի մակերեսին:

Կան նաև հաղորդիչ ագենտների անջատում և մեմբրանների մաշվածություն: