Podczas cyklu długiego cyklu odwracalna pojemność akumulatora litowo-jonowego będzie się nadal zmniejszać ze względu na redukcję materiałów aktywnych, wytrącanie metalicznego litu, ciągłe zużycie elektrolitu, wzrost rezystancji wewnętrznej i niestabilność cieplną. Wśród nich zjawisko wydzielania litu grafitowej elektrody ujemnej jest najważniejszą przyczyną degradacji pojemności akumulatora i wewnętrznego zwarcia.

Kontynuując nasz ostatni artykuł techniczny, poniżej wyjaśnimy więcej na temat tego zjawiska.

Dla reakcji połówkowej A+ne-→B zależność między współczynnikiem temperaturowym a równowagowym potencjałem elektrody przedstawiono w równaniu 1, a reakcje połówkowe procesu strącania litu i procesu wstawiania grafitu litu przedstawiono w równaniach 2 i 3.

W celu dokładnego pomiaru współczynnika temperaturowego obu procesów autor zaprojektował nieizotermiczne ogniwo elektrolityczne typu H, jak pokazano na rysunku 1A. Elektrody po obu stronach to folia litowa lub grafit, a elektrolit to 1 M LiPF6 EC/DMC, H Jeden koniec elektrody typu jest ogrzewany za pomocą urządzenia grzewczego z regulacją temperatury, aby uzyskać różnicę temperatur między dwiema elektrodami. Rycina 1B i Rycina 1C przedstawiają odpowiednio zmianę napięcia obwodu otwartego (OCV) folii litowej i podwójnej elektrody grafitowej w czasie. Jak pokazano na rysunku, gdy ΔV staje się stabilne, jego wartość jest równa potencjałowi elektrody równowagi w tych warunkach. Współczynnik temperaturowy równowagi potencjału elektrody w procesie analizy litu (1. 12 mV/K), a współczynnik temperaturowy procesu wstawiania grafitu litowego (0,97 mV/K) wynosi około 0,15 mV/K (rysunek 1D). Ponieważ różnica w teoretycznej równowadze potencjału elektrody między wyrzutem litu z elektrody a interkalacją litu grafitu wynosi około 80 mV, gdy rozkład temperatury wewnętrznej baterii jest równomierny, tylko wtedy, gdy temperatura otoczenia przekracza 500 ℃, to jest możliwe, że wyrzucanie litu nastąpi w tym samym czasie podczas procesu interkalacji litu. , Jest to oczywiście niezgodne ze stanem faktycznym. Ale jeśli rozkład temperatury wewnętrznej akumulatora nie jest równomierny, sytuacja jest zupełnie inna. Jak pokazano na rysunku 1E, obszar krawędzi elektrody jest utrzymywany w temperaturze pokojowej i nie dochodzi do wydzielania litu. Gdy centralny obszar zostanie ogrzany przez urządzenie grzewcze i temperatura wzrośnie o 71 K, potencjał wydzielania litu wzrośnie o około 80 mV. W tym momencie, z termodynamicznego punktu widzenia, jony litu będą bardziej skłonne do ekstrakcji litu w centralnym obszarze wysokiej temperatury niż do interkalowania litu w obszarze krawędzi. Rysunek 1F dalej wyjaśnia mechanizm. Czarna linia przerywana to potencjał anody grafitowej, czarna linia ciągła to potencjał wydzielania litu, a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad wydzielaniem litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. potencjał wydzielania litu wzrośnie o około 80 mV. W tym momencie, z termodynamicznego punktu widzenia, jony litu będą bardziej skłonne do ekstrakcji litu w centralnym obszarze wysokiej temperatury niż do interkalowania litu w obszarze krawędzi. Rysunek 1F dalej wyjaśnia mechanizm. Czarna linia przerywana to potencjał anody grafitowej, czarna linia ciągła to potencjał wydzielania litu, a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad ewolucją litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. potencjał wydzielania litu wzrośnie o około 80 mV. W tym momencie, z termodynamicznego punktu widzenia, jony litu będą bardziej skłonne do ekstrakcji litu w centralnym obszarze wysokiej temperatury niż do interkalowania litu w obszarze krawędzi. Rysunek 1F dalej wyjaśnia mechanizm. Czarna linia przerywana to potencjał anody grafitowej, czarna linia ciągła to potencjał wydzielania litu, a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad wydzielaniem litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. Jony litu będą bardziej skłonne do ekstrakcji litu w centralnym obszarze wysokiej temperatury niż do interkalowania litu w regionie krawędziowym. Rysunek 1F dalej wyjaśnia mechanizm. Czarna linia przerywana to potencjał anody grafitowej, czarna linia ciągła to potencjał wydzielania litu, a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad ewolucją litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. Jony litu będą bardziej skłonne do ekstrakcji litu w centralnym obszarze wysokiej temperatury niż do interkalowania litu w regionie krawędziowym. Rysunek 1F dalej wyjaśnia mechanizm. Czarna linia przerywana to potencjał anody grafitowej, czarna linia ciągła to potencjał wydzielania litu, a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad wydzielaniem litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad wydzielaniem litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych. a szara linia przerywana wskazuje, że reakcja wydzielania litu może przebiegać spontanicznie w termodynamice. Aby potwierdzić ten mechanizm, autor przeprowadził dalsze badania nad wydzielaniem litu w lokalnych regionach wysokich temperatur na bateriach guzikowych Li-Cu i Li-grafitowych.

(A) Schemat ideowy baterii guzikowej Li-Cu z urządzeniem grzewczym;