Зашто капацитет литијум-јонских батерија опада?

Литијум-јонска батерија смањење капацитета се односи на појаву при којој литијум-јонске батерије постепено губе доступан капацитет током времена и трајања батерије. Који је механизам смањења капацитета?

1. Промена запремине

Током процеса пуњења и празнjenja батерије, литијум јони се уграђују и излазе, узрокујући да се решетке материјала позитивне и негативне електроде у различитој мери шире/скупљају.

A. Микроструктура катодног материјала се мења, чиме се смањује количина литијума који се уноси. У условима претераног пуњења, литијум јони брзо мигрирају ка аноди, што узрокује колапс катодне решетке.

Б. Промена запремине графита негативне електроде током уметања и изvlačenja se brže kreću, pa se povećava dostupni kapacitet. може достићи 10%, што доводи до слојевитости честица.

2. Формирање SEI филма

Током фазе формирања батерије, јони литијума хемијски реагују са одређеним компонентама електролита током првобитног процеса пуњења и празнjenja, формирајући необрађив интерфејс тврдог електролита на граници између негативне електроде и електролита. Током процеса пуњења и празнjenja, СЕИ наставља да се распада и регенерише, што доводи до смањења активних јона литијума, повећања дебљине СЕИ филма и повећања унутрашњег отпора.

3. Раст литијумских дендрита

При ниским температурама, брзом пуњењу и прекомерном пуњењу, јони литијума настављају да се крећу ка негативној електроди. Бrzина екстракције јона литијума већа је од брзине уградње јона литијума, чиме се ослобађају јони литијума поред негативне електроде и смањује активни литијум.

4. Разлагање електролита

Razlaganje elektrolita se u osnovi odvija kroz dva mehanizma: elektrohemijsko razgradnje i hemijsko razlaganje. Elektrohemijsko razlaganje se deli na oksidativno razgradnje sa strane pozitivne elektrode i reduktivno razgradnje sa strane negativne elektrode. Oksidativno razgradnje sa strane pozitivne elektrode nastaje kada je potencijal pozitivne elektrode >4,5 V, što izaziva nabubnjivanje baterije i povećanje interfacijalnog otpora. Reduktivno razgradnje sa strane negativne elektrode nastaje kada je potencijal grafitne negativne elektrode <0,8 V, što izaziva debljanje SEI sloja baterije i smanjenje aktivnog litijuma. Hemijsko razlaganje se deli na reakcije katalizovane tragovima vode i reakcije razlaganja pri visokim temperaturama. Reakcije katalizovane tragovima vode izazivaju koroziju pozitivne elektrode. Reakcije razlaganja pri visokim temperaturama izazivaju isparavanje elektrolita, što vodi ka termalnom kašnjenju.

5. Korozija kolektora struje

Korozija strujnog kolektora klasifikuje se kao korozija aluminijumske folije pozitivne elektrode na visokom potencijalu i korozija bakarne folije negativne elektrode na niskom potencijalu. Kada potencijal pozitivne elektrode pređe 3,8 V, aluminijumska folija pozitivne elektrode oksiduje se i korodira. U slučaju prekomernog punjenja, kada je potencijal negativne elektrode manji od 3 V, bakarna folija se rastvara, migrira ka pozitivnoj elektrodi i taloži na površini pozitivne elektrode.

Takođe, postoje oštećenja provodnih sredstava i starenje dijafragmi.