Saat mengisi
baterai lithium ion
, pengendapan Lithium tidak hanya mengurangi kinerja baterai dan sangat mempersingkat masa pakai baterai, tetapi juga membatasi kapasitas pengisian cepat baterai, dan dapat menyebabkan konsekuensi bencana seperti pembakaran dan ledakan.
Dalam rangkaian artikel kami akan membahas tentang masalah dari skala makro baterai lithium-ion, kondisi kerja, gradien yang ada pada baterai, uji elektrokimia, uji keamanan, dll.), skala mikro (elektroda, partikel, struktur mikro, dll.) .) dan skala atom (atom, ion, molekul, penghalang energi aktivasi, dll.). Hari ini kita akan membahas tentang bukti eksperimental efek samping deposisi lithium yang dikumpulkan dari berbagai sudut:
Dengan membandingkan baterai lithium-ion dengan model yang sama, para peneliti menemukan bahwa reaksi samping dari deposisi lithium membuat baterai memiliki tingkat penuaan yang lebih cepat, dan kapasitas baterai, kepadatan energi dan efisiensi energi secara signifikan dilemahkan.
1.
Deteksi derajat reaksi samping deposisi litium dengan menganalisis efisiensi coulomb:
mekanisme penuaan baterai yang melibatkan reaksi samping deposisi litium mengurangi efisiensi coulomb baterai. Oleh karena itu, merupakan metode yang layak untuk memantau derajat reaksi samping deposisi litium dengan mengukur efisiensi coulomb baterai litium-ion secara akurat. Litium logam yang dihasilkan dari reaksi samping deposisi litium bereaksi dengan elektrolit untuk membentuk film SEI, yang mengurangi efisiensi coulomb. Perlu diperhatikan bahwa penurunan efisiensi coulomb tidak sepenuhnya disebabkan oleh reaksi samping pengendapan litium. Sebagai contoh, jatuhnya bahan aktif elektroda, pembentukan film SEI dan penyumbatan mikrospora pada permukaan elektroda akan meningkatkan resistansi internal baterai dan menyebabkan hilangnya kapasitas yang ireversibel. Fenomena ini akan mengurangi efisiensi coulomb.
2. Energi aktivasi semu dari reaksi samping deposisi litium diperoleh dengan menganalisis kurva Arrhenius:
kurva Arrhenius dapat diperoleh dari kurva atenuasi kapasitas pada suhu yang berbeda dengan menguji siklus pelepasan muatan baterai lithium-ion pada suhu yang berbeda (periksa gambar di bawah). Ketika suhu tinggi, reaksi samping deposisi lithium tidak terjadi, pembubaran bahan aktif positif dan pembentukan film SEI pada permukaan elektroda positif dan negatif mempercepat dengan peningkatan suhu, dan tingkat penuaan baterai juga mempercepat; Ketika suhu rendah, reaksi samping deposisi lithium muncul di panggung, yang tiba-tiba mengubah mekanisme penuaan. Karena reaksi samping dari deposisi lithium menjadi semakin intens dengan penurunan suhu, laju penuaan baterai dipercepat dengan penurunan suhu. Untuk menyimpulkan, kurva Arrhenius baterai lithium ion berbentuk V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, dan kemiringannya adalah nilai negatif (- EA) dari energi aktivasi semu selama penuaan. Reaksi samping deposisi litium memiliki energi aktivasi semu negatif.
3. Analisis reaksi evolusi lithium dengan kurva tegangan
3.1 menganalisis reaksi pengendapan litium dengan menggunakan platform tegangan dari kurva pelepasan: jika reaksi samping deposisi litium terjadi selama pengisian suhu rendah, platform voltase yang sesuai dengan reaksi disolusi litium akan muncul pada kurva pelepasan berikutnya. Dengan meningkatnya pelarutan lithium selama pengosongan, platform tegangan menjadi lebih lama.
3.2 menganalisis reaksi samping pengendapan litium dengan menggunakan kurva diferensial tegangan kapasitas (DQ/DU) atau kurva diferensial kapasitas tegangan (DU/DQ): baik kurva DQ/Du atau Du/DQ dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah litium terlarut selama debit, dan kurva Du / DQ lebih sensitif.
3.3 menganalisis reaksi samping pengendapan litium dengan menggunakan kurva arus tegangan setelah relaksasi: selama pengisian, gradien konsentrasi ion litium terbentuk pada bahan elektroda negatif dan/atau elektrolit. Jika arus terputus setelah pengisian, distribusi konsentrasi ion litium dalam bahan elektroda negatif dan/atau elektrolit akan mencapai kesetimbangan baru, dan kurva arus tegangan yang berubah-ubah terhadap waktu dapat diamati dalam proses ini. Informasi yang diperoleh dari kurva ini dapat digunakan untuk menganalisis reaksi samping deposisi litium.
Catatan:
(1) jika ada tegangan tinggi pada kurva pelepasan atau perubahan kurva arus tegangan selama relaksasi memiliki karakteristik yang sesuai, ini menunjukkan bahwa reaksi sisi deposisi lithium terjadi selama pengisian. Namun, jika tidak ada fenomena di atas, bukan berarti reaksi samping deposisi litium tidak terjadi. Ini mungkin karena proses relaksasi terhambat pada suhu rendah dan karakteristik variasi kurva arus tegangan tidak dapat diamati, atau kecepatan logam lithium yang menempel ke elektroda negatif pada suhu tinggi terlalu cepat untuk mengamati platform tegangan yang sesuai dengan pelarutan lithium. reaksi.
(2) Metode elektrokimia hanya dapat mengukur hasil rata-rata di area yang luas, dan tidak ada hubungannya dengan deteksi logam lithium di elektroda negatif.
Kesimpulan:
