X'inhu l-Mekkaniżmu ta' Degradazzjoni tal-Kapaċità tal-Batterija?
Bidla fl-Istruttura tal-Materjal
Il-materjali tal-katodu li jintużaw bħalissa l-aktar jinkludu prinċipalment l-istruttura eżagonali f'saffi ta 'LiMO2 (fejn M=Co, Ni, Mn), l-istruttura spinel ta' LiMn2O4, u l-istruttura olivine ta 'LiFePO4. Irrispettivament mill-istruttura, meta l-joni tal-litju deintercalate mill-katodu, biex jinżamm l-istat elettriku fil-materjal, l-element tal-metall huwa inevitabbilment ossidizzat għal stat ta 'valenza ogħla, li huwa akkumpanjat minn proċess ta' transizzjoni ta 'fażi. It-tranżizzjonijiet tal-fażi ta 'spiss iwasslu għal tibdil fil-fażi, sabiex il-joni tal-litju kontinwament jinterkalizzaw u jiddeinterkalaw fil-materjal, il-bidla tal-fażi tkompli, u fit-tul, se tkun ta' theddida għall-istabbiltà tal-kristall. Meta mqabbel mal-anodu, il-kapaċità riversibbli mhux ugwali kkawżata minn tibdil fil-fażi u bidliet fl-istruttura tal-massa tal-materjal tal-katodu għandha impatt sinifikanti fuq il-ħajja tal-batterija. Il-grafita għandha struttura f'saffi. Meta jkun hemm diversi saffi ħoxnin, joni tal-litju jinterkalizzaw fis-saffi ta' bejn is-saffi waqt l-iċċarġjar tal-batterija u jikkombinaw ma 'elettroni trasportati miċ-ċirkwit estern biex jiffurmaw grafita litiata, u l-ispazjar tas-saffi ta' bejn is-saffi jiżdied f'dan il-ħin; waqt il-ħruġ, il-jonji tal-litju jħallu s-saffi ta 'bejn il-grafita u jirrilaxxaw elettroni għaċ-ċirkwit estern, għaddejjin minn reazzjoni ta' deinterkalazzjoni u ossidazzjoni, u l-ispazjar bejn is-saffi jonqos f'dan il-ħin.
Xoljiment ta' Materjal Attiv
Ix-xoljiment tal-materjal tal-katodu jirreferi għall-proċess fejn il-materjal attiv jonqos gradwalment minħabba l-korrużjoni fl-elettrolit. Ix-xoljiment tal-materjal tal-katodu f'temperaturi għoljin huwa wieħed mir-raġunijiet għat-tħassir tal-kapaċità tal-batterija, speċjalment li jkollu impatt akbar fuq il-prestazzjoni taċ-ċiklu u l-prestazzjoni tal-ħażna tal-batteriji f'temperaturi għoljin. Ix-xoljiment ta 'metalli ta' transizzjoni taħt ċerti kundizzjonijiet hija problema li teżisti fil-materjali kollha tal-katodu LiMO2. Ir-raġunijiet ewlenin għaliex ix-xoljiment tal-materjal attiv iwassal għad-deterjorazzjoni tal-prestazzjoni tal-batterija huma: $\\textcircled{1}$ Ix-xoljiment tal-elementi tal-metall iwassal direttament għat-tnaqqis tal-materjal attiv, li jikkawża telf tal-kapaċità tal-batterija; $\\textcircled{2}$ Ix-xoljiment tal-materjal tal-katodu jikkawża d-degradazzjoni tal-istruttura tal-materjal u l-formazzjoni ta 'sustanzi kimikament inattivi fuq il-wiċċ tal-partiċelli, li tfixkel it-trasport ta' joni tal-litju fil-materjal tal-elettrodu; $\\textcircled{3}$ Il-jonji tal-metall solvated li jinsabu fl-elettrolit jemigraw lejn l-anodu fl-elettrolit u jiddepożitaw fuq il-wiċċ ta 'l-anodu fil-forma ta' metall jew melħ taħt potenzjal baxx, u dawn id-depożiti inevitabbilment jaffettwaw l-istabbiltà u l-ħxuna tal-film SEI fuq il-wiċċ ta 'l-anodu, li jwassal għal polarizzazzjoni tal-wiċċ ta' l-elettrodu miżjuda u żieda fir-reżistenza interna tal-batterija. Għalhekk, l-effett tax-xoljiment tal-materjal attiv fuq l-elettrolit mhux biss ġej minn xoljiment iżda wkoll minn aktar effetti negattivi miġjuba mix-xoljiment ta 'metalli ta' transizzjoni.
Konsum ta 'jonji tal-litju
Fid-disinn tal-batteriji tal-litju-jone, il-kapaċità tal-batterija hija ġeneralment kemmxejn aktar minn dik tal-katodu, u l-jonji tal-litju riċiklabbli huma pprovduti wkoll mill-katodu. Għalhekk, l-interkalazzjoni riversibbli u d-deinterkalazzjoni tal-jonji tal-litju bejn il-katodu u l-anodu jiddeterminaw il-kapaċità tal-batterija. Matul l-ewwel proċess ta 'ċarġ u skariku, film SEI huwa ffurmat fuq il-wiċċ ta' l-anodu. Il-komponenti ewlenin ta 'dan il-film ta' passivazzjoni huma diversi sustanzi inorganiċi bħal Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH u diversi komponenti organiċi bħal ROCO2Li, ROLi, u (ROCO2)2Li. Għalhekk, xi joni tal-litju huma kkunsmati, u dan it-telf tal-kapaċità huwa irriversibbli. Il-prestazzjoni tal-anodu hija relatata ħafna mal-morfoloġija u l-istabbiltà tal-film SEI, u l-abbiltà li tifforma film SEI stabbli fuq il-wiċċ tal-anodu għandha impatt mhux-negliġibbli fuq il-prestazzjoni tal-batterija. Il-formazzjoni tal-film SEI tikkonsma l-jonji tal-litju limitati fil-batterija. Jekk il-film SEI huwa kontinwament bil-ħsara matul iċ-ċiklu, allura r-reazzjoni ta 'ossidazzjoni fl-interface ta' l-anodu/elettrolit se sseħħ kontinwament biex tifforma film SEI ġdid. Dan il-proċess jikkonsma l-jonji tal-litju limitati pprovduti mill-katodu fis-sistema, u t-tnaqqis tal-jonji tal-litju attivi jwassal għal tħassir tal-kapaċità. It-tnaqqis tal-jonji tal-litju fl-elettrolit iwassal għal tnaqqis fil-konduttività tal-elettrolit, u t-telf tal-joni tal-litju fil-materjal tal-katodu jikkawża żbilanċ bejn iż-żewġ elettrodi tal-batterija.
Żieda fir-Reżistenza Interna
Matul iċ-ċiklu fit-tul-tal-batterija, iż-żieda fir-reżistenza interna hija wkoll raġuni importanti għat-tnaqqis tal-kapaċità. Hemm ħafna raġunijiet għaż-żieda fir-reżistenza interna, prinċipalment minn żewġ aspetti: $\\textcircled{1}$ Ir-reazzjoni ta 'ossidazzjoni li sseħħ fl-interface ta' l-elettrodu/elettrolit fl-elettrolit twassal għal żieda fir-reżistenza tal-film tal-wiċċ ta 'l-elettrodu, u l-instabilità tal-film SEI ta' l-anodu, kontinwament jiffurmaw films tal-wiċċ ġodda matul iċ-ċiklu, eċċ., kollha tiżdied ir-reżistenza interna tal-polarizzazzjoni; $\\textcircled{2}$ Ix-xoljiment tal-joni tal-metall fil-katodu fl-elettrolit, u l-joni tal-metall jonizzat maħlul jemigraw lejn l-anodu permezz tal-elettrolit u jiddepożitaw fuq il-wiċċ tal-anodu fil-forma ta 'metall jew melħ, li jirriżulta f'polarizzazzjoni tal-elettrodu miżjuda. Barra minn hekk, ir-riċerka wriet ukoll li l-korrużjoni tal-kollettur kurrenti tista 'twassal ukoll għal żieda fir-reżistenza interna, iżda dan l-effett huwa relattivament żgħir taħt il-premessa ta' trattament minn qabel tal-kollettur kurrenti. Iż-żieda fir-reżistenza interna twassal għal tnaqqis fid-densità u l-kapaċità tal-enerġija, speċjalment għall-anodu, ir-reazzjoni li sseħħ fl-interface tal-elettrodu/elettrolit hija r-raġuni ewlenija għat-tixjiħ tal-anodu.
