Bakit bumababa ang kapasidad ng lithium-ion na baterya?

Lithium-ion battery ang pagbaba ng kapasidad ay tumutukoy sa kababalaghan kung saan unti-unting nawawala ng mga bateryang lithium-ion ang kanilang maaring kapasidad habang tumatagal at sa buhay ng batarya. Ano ang mekanismo ng pagbaba ng kapasidad?

1. Pagbabago ng dami

Sa panahon ng proseso ng pag-charge at pagbaba ng batarya, ang mga ion ng lithium ay naka-embed at lumalabas, na nagdudulot ng pag-unlad o pag-urong ng lattice ng mga positibo at negatibong materyales sa elektrodo sa iba't ibang lawak.

A. Ang mikro-istruktura ng materyal sa cathode ay nagbabago, na nagreresulta sa pagbaba ng dami ng lithium na naka-insert. Sa ilalim ng kondisyon ng sobrang singa, ang mga ion ng lithium ay mabilis na lumilipat sa anode, na nagdudulot ng pagbagsak ng cathode lattice.

B. Ang pagbabago ng dami ng graphite sa negatibong elektrodo habang naka-insert at inaalis ang mga ion ng lityo maaaring umabot sa 10%, na nagdudulot ng pag-layer ng particle.

2. Pagbuo ng SEI film

Sa panahon ng battery formation phase, ang lithium ions ay nagrereaksyon nang kemikal sa ilang mga sangkap ng electrolyte sa panahon ng unang proseso ng pagsingil at pagbawas, na nagbubuo ng isang hindi maaaring baligtarin na solid electrolyte interface sa interface sa pagitan ng negatibong elektrodo at ng electrolyte. Sa panahon ng proseso ng pagsingil at pagbawas, ang SEI ay patuloy na sumasabog at nagrerehistro, na nagdudulot ng pagbaba ng aktibong lithium ions, pagtaas ng kapal ng SEI film, at pagtaas ng panloob na resistensiya.

3. Paglago ng lithium dendrite

Sa ilalim ng kondisyon ng mababang temperatura, mabilis na pagsingil at sobrang pagsingil, ang lithium ions ay patuloy na nagmamalakas patungo sa negatibong elektrodo. Ang rate ng pagkuha ng lithium ions ay mas mataas kaysa sa rate ng pagpapasok ng lithium ions, na nagdudulot ng pagpapalayas ng lithium ions malapit sa negatibong elektrodo at pagbaba ng aktibidad ng lithium.

4. Pagkabulok ng electrolyte

Ang pangunahing pagkabulok ng electrolyte ay nangyayari sa pamamagitan ng dalawang landas: electrochemical decomposition at chemical decomposition. Ang electrochemical decomposition ay hinati sa oxidative decomposition sa panig ng positibong elektrodo at reductive decomposition sa panig ng negatibong elektrodo. Ang oxidative decomposition sa panig ng positibong elektrodo ay nangyayari kapag ang potensyal ng positibong elektrodo ay >4.5V, na nagdudulot ng pagtumbok ng baterya at pagtaas ng interfacial impedance. Ang reductive decomposition sa panig ng negatibong elektrodo ay nangyayari kapag ang potensyal ng negatibong elektrodo na graphite ay <0.8V, na nagdudulot ng pagkapal ng SEI ng baterya at pagbawas ng aktibong lithium. Ang chemical decomposition ay hinati sa mga reaksyon na katalisado ng trace water at mga reaksyon ng pagkabulok sa mataas na temperatura. Ang mga reaksyon na katalisado ng trace water ay nagdudulot ng pagkasira ng positibong elektrodo. Ang mga reaksyon ng pagkabulok sa mataas na temperatura ay nagdudulot ng pagkatuyo ng electrolyte, na nagbubunga ng pagkakataon ng thermal runaway.

5. Pagkasira ng current collector

Ang corrosion ng current collector ay nahahati sa corrosion ng aluminum foil ng positibong elektrodo sa mataas na potensyal at corrosion ng copper foil ng negatibong elektrodo sa mababang potensyal. Kapag ang potensyal ng positibong elektrodo ay lumampas sa 3.8V, ang aluminum foil ng positibong elektrodo ay magsisimulang mag-oxidize at mag-corrode. Sa ilalim ng kondisyon ng sobrang singa (overcharge), kapag ang potensyal ng negatibong elektrodo ay nasa ilalim ng 3V, ang copper foil ay matutunaw, lilipat patungo sa positibong elektrodo, at maaaring umangat sa ibabaw ng positibong elektrodo.

Mayroon din mga pagkabigo ng mga conductive agent at pagluma ng mga diaphragm.