Selama siklus siklus panjang, kapasitas reversibel baterai lithium-ion akan terus menurun karena pengurangan bahan aktif, pengendapan logam lithium, konsumsi elektrolit yang terus menerus, peningkatan resistansi internal dan pelarian termal. Di antara mereka, fenomena evolusi lithium dari elektroda negatif grafit adalah penyebab paling penting dari penurunan kapasitas baterai dan korsleting internal.

Melanjutkan artikel teknis terakhir kami, sekarang kami akan menjelaskan lebih lanjut tentang fenomena ini di bawah ini.

Untuk setengah reaksi A+ne-→B, hubungan antara koefisien suhu dan potensial elektroda kesetimbangan ditunjukkan pada Persamaan 1, dan setengah reaksi dari proses pengendapan litium dan proses penyisipan litium grafit ditunjukkan dalam Persamaan 2 dan 3.

Untuk mengukur koefisien suhu kedua proses secara akurat, penulis merancang sel elektrolitik tipe-H non-isotermal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1A. Elektroda di kedua sisi adalah lithium foil atau grafit, dan elektrolitnya adalah 1 M LiPF6 EC/DMC, H Salah satu ujung elektroda jenis dipanaskan dengan perangkat pemanas yang dapat disesuaikan suhu untuk membentuk perbedaan suhu antara kedua elektroda. Gambar 1B dan Gambar 1C masing-masing mencatat perubahan tegangan rangkaian terbuka (OCV) dari foil lithium dan elektroda ganda grafit dari waktu ke waktu. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ketika V menjadi stabil, nilainya sama dengan potensial elektroda kesetimbangan dalam kondisi ini. Koefisien suhu potensial elektroda kesetimbangan dalam proses analisis litium (1. 12 mV/K) dan koefisien suhu dari proses penyisipan lithium grafit (0,97 mV/K) adalah sekitar 0,15 mV/K (Gambar 1D). Karena perbedaan potensial elektroda ekuilibrium teoretis antara ejeksi litium elektroda dan interkalasi litium grafit adalah sekitar 80 mV, ketika distribusi suhu internal baterai seragam, hanya ketika suhu sekitar melebihi 500 , itu ada kemungkinan bahwa pelepasan litium akan terjadi pada saat yang sama selama proses interkalasi litium. , Ini jelas tidak sesuai dengan situasi sebenarnya. Tetapi jika distribusi suhu internal baterai tidak seragam, situasinya sangat berbeda. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1E, area tepi elektroda disimpan pada suhu kamar, dan tidak ada evolusi lithium. Ketika area pusat dipanaskan oleh perangkat pemanas dan suhu naik 71 K, potensi evolusi lithium akan naik sekitar 80 mV. Pada titik ini, dari sudut pandang termodinamika, ion litium akan lebih cenderung mengekstrak litium di wilayah suhu tinggi pusat daripada menginterkalasi litium di wilayah tepi. Gambar 1F lebih lanjut menjelaskan mekanismenya. Garis putus-putus hitam adalah potensi anoda grafit, garis hitam solid adalah potensi evolusi litium, dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. potensi evolusi lithium akan meningkat sekitar 80 mV. Pada titik ini, dari sudut pandang termodinamika, ion litium akan lebih cenderung mengekstrak litium di wilayah suhu tinggi pusat daripada menginterkalasi litium di wilayah tepi. Gambar 1F lebih lanjut menjelaskan mekanismenya. Garis putus-putus hitam adalah potensi anoda grafit, garis hitam solid adalah potensi evolusi litium, dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. potensi evolusi lithium akan meningkat sekitar 80 mV. Pada titik ini, dari sudut pandang termodinamika, ion litium akan lebih cenderung mengekstrak litium di wilayah suhu tinggi pusat daripada menginterkalasi litium di wilayah tepi. Gambar 1F lebih lanjut menjelaskan mekanismenya. Garis putus-putus hitam adalah potensi anoda grafit, garis hitam solid adalah potensi evolusi litium, dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. ion lithium akan lebih cenderung untuk mengekstrak lithium di daerah suhu tinggi pusat daripada lithium interkalasi di daerah tepi. Gambar 1F lebih lanjut menjelaskan mekanismenya. Garis putus-putus hitam adalah potensi anoda grafit, garis hitam solid adalah potensi evolusi litium, dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. ion lithium akan lebih cenderung untuk mengekstrak lithium di daerah suhu tinggi pusat daripada lithium interkalasi di daerah tepi. Gambar 1F lebih lanjut menjelaskan mekanismenya. Garis putus-putus hitam adalah potensi anoda grafit, garis hitam solid adalah potensi evolusi litium, dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit. dan area putus-putus abu-abu menunjukkan bahwa reaksi evolusi litium dapat berlangsung secara spontan dalam termodinamika. Untuk mengkonfirmasi mekanisme ini, penulis lebih lanjut melakukan studi tentang evolusi lithium di daerah suhu tinggi lokal pada baterai tombol Li-Cu dan Li-grafit.

(A) Diagram skema baterai tombol Li-Cu dengan alat pemanas;