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:

Na podstawie badań akumulatorów Li-Cu autor ma nadzieję udowodnić, że akumulatory Li-grafitowe mogą również ulegać reakcji wydzielania litu przy potencjale wyższym niż 0 V (w porównaniu z Li0/Li+). Aby zminimalizować efekty kinetyki, naukowcy ograniczyli przyłożony prąd stały do ​​-10 mA (około C/25). Trzy platformy napięciowe na rysunku 4B odpowiadają różnym stopniom wstawiania litu w graficie. Na ostatnim etapie platformy trzeciego napięcia włącza się urządzenie grzejne (rys. 4C), a napięcie akumulatora gwałtownie rośnie na skutek wzrostu potencjału elektrody równoważącej i redukcji nad potencjałem. Następnie, w miarę postępu reakcji interkalacji grafitu z litem, napięcie zaczęło spadać. Gdy napięcie spada do 25 mV, nachylenie krzywej napięcia znacznie spada (jak pokazano na rysunku 4E), która jest zupełnie inna niż krzywa ładowania nieogrzewanego grafitu, co może oznaczać, że jony litu zaczynają się osadzać i wytrącać metaliczny lit. Gdy napięcie spadnie do 15 mV, przyłożony prąd jest usuwany (szara strzałka na rysunku 4B). W tym czasie napięcie nagle wzrasta do 72 mV z powodu wzrostu stężenia jonów litu pomiędzy cząstkami grafitu iw elektrolicie. Wynika to z rozpuszczania litu i dalszej interkalacji litu w niepełnej części interkalacyjnej między warstwami grafitu. Po ustabilizowaniu się napięcia do 85 mV, prąd stały jest ponownie podawany na pewien czas, a następnie ponownie cyklicznie usuwany. Podczas całego procesu potencjał elektrody grafitowej zawsze utrzymuje się powyżej 0 V (w porównaniu z Li0/Li+). Z krzywej temperatury na rysunku 4D widać, że trend zmiany temperatury w systemie jest bardzo podobny do trendu w przypadku elektrody Li-Cu. Przyczyną spadku temperatury jest rozpraszanie ciepła spowodowane osadzaniem się metalicznego litu. Po usunięciu przyłożonego prądu rozpuszczanie i dalsza interkalacja litu pomiędzy warstwy grafitu powoduje wzrost temperatury baterii. Po eksperymencie można również zaobserwować wytrącanie metalicznego litu w centralnym obszarze nabiegunnika grafitowego, co potwierdza nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz nabiegunnika. rozpuszczanie i dalsza interkalacja litu pomiędzy warstwy grafitu powoduje wzrost temperatury baterii. Po eksperymencie można również zaobserwować wytrącanie metalicznego litu w centralnym obszarze nabiegunnika grafitowego, co potwierdza nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz nabiegunnika. rozpuszczanie i dalsza interkalacja litu pomiędzy warstwy grafitu powoduje wzrost temperatury baterii. Po eksperymencie można również zaobserwować wytrącanie metalicznego litu w centralnym obszarze nabiegunnika grafitowego, co potwierdza nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz nabiegunnika. Bateria może rzeczywiście spowodować wytrącenie litu z anody grafitowej przy potencjale wyższym niż 0 V (w porównaniu do reakcji Li0/Li+).

Rysunek 5. Ewolucja litu na anodzie grafitowej w warunkach szybkiego ładowania

(c) W warunkach ogrzewania zdjęcie grafitowej elektrody ujemnej po szybkim ładowaniu, centralny obszar jest w pełni interkalowany z litem i zachodzi zjawisko wydzielania się litu.