Mengapa kapasiti bateri litium-ion berkurangan?

Bateri litium-ion kehilangan keupayaan merujuk kepada fenomena di mana bateri litium-ion secara beransur-ansur kehilangan keupayaan yang tersedia dari semasa ke semasa dan sepanjang jangka hayat bateri. Apakah mekanisme kehilangan keupayaan?

1. Perubahan isipadu

Semasa proses pengecasan dan nyahcasan bateri, ion litium akan membenamkan diri ke dalam dan keluar, menyebabkan kekisi bahan elektrod positif dan negatif mengembang/mengecut pada tahap tertentu.

A. Struktur mikro bahan katod berubah, menghasilkan pengurangan jumlah litium yang termasuk. Dalam keadaan lebih pengecasan, ion litium bergerak dengan cepat ke anod, menyebabkan kekisi katod runtuh.

B. Perubahan isipadu grafite elektrod negatif semasa proses penyisipan dan penyingkiran ion litium boleh mencapai 10%, menyebabkan lapisan zarah berlaku.

2. Pembentukan filem SEI

Semasa fasa pembentukan bateri, ion litium bertindak balas secara kimia dengan komponen tertentu elektrolit semasa proses pengecasan dan nyahcasan permulaan, membentuk antara muka elektrolit pepejal tak-boleh balik pada antara muka antara elektrod negatif dan elektrolit. Semasa proses pengecasan dan nyahcasan, lapisan SEI terus terurai dan terbentuk semula, menyebabkan pengurangan ion litium aktif, peningkatan ketebalan filem SEI, dan peningkatan rintangan dalaman.

3. Pertumbuhan dendrit litium

Di bawah keadaan suhu rendah, pengecasan pantas dan lebihan pengecasan, ion litium terus bergerak ke arah elektrod negatif. Kadar pengeluaran ion litium adalah lebih tinggi daripada kadar pengenapan ion litium, menyebabkan pengenapan ion litium berhampiran elektrod negatif dan pengurangan litium aktif.

4. Penguraian elektrolit

Penguraian elektrolit berlaku secara utama melalui dua laluan: penguraian elektrokimia dan penguraian kimia. Penguraian elektrokimia dibahagikan kepada penguraian pengoksidaan di sisi elektrod positif dan penguraian penurunan di sisi elektrod negatif. Penguraian pengoksidaan di sisi elektrod positif berlaku apabila keupayaan elektrod positif adalah >4.5V, menyebabkan bateri membengkak dan rintangan antara muka meningkat. Penguraian penurunan di sisi elektrod negatif berlaku apabila keupayaan elektrod negatif grafit adalah <0.8V, menyebabkan lapisan SEI bateri menebal dan mengurangkan litium aktif. Penguraian kimia dibahagikan kepada tindak balas yang dikatalis oleh jejak air dan tindak balas penguraian suhu tinggi. Tindak balas yang dikatalis oleh jejak air menyebabkan kakisan elektrod positif. Tindak balas penguraian suhu tinggi menyebabkan elektrolit mengering, membawa kepada kecenderungan larian terma.

5. Kakisan pengumpul arus

Kakisan pengumpul semasa dikategorikan sebagai kakisan kerana kerajang aluminium elektrod positif pada keupayaan tinggi dan kakisan kerana kerajang kuprum elektrod negatif pada keupayaan rendah. Apabila keupayaan elektrod positif melebihi 3.8V, kerajang aluminium elektrod positif mengalami pengoksidaan dan kakisan. Dalam keadaan terlebih cas, apabila keupayaan elektrod negatif kurang daripada 3V, kerajang kuprum melarut, berhijrah ke elektrod positif, dan mendap di permukaan elektrod positif.

Terdapat juga kegagalan ejen konduktif dan penuaan membran.