Quando si carica la batteria agli ioni di litio , Li + viene rimosso dall'elettrodo positivo e incorporato nell'elettrodo negativo; Tuttavia, quando si verificano alcune anomalie, come ad esempio: spazio di intercalazione del litio insufficiente nell'elettrodo negativo, troppa resistenza affinché Li + possa essere incorporato nell'elettrodo negativo, intercalazione troppo rapida di Li + dall'elettrodo positivo ma non può essere incorporato nell'elettrodo elettrodo negativo nella stessa quantità, Li + che non può essere incorporato nell'elettrodo negativo può ottenere elettroni solo sulla superficie dell'elettrodo negativo, in modo da formare un litio metallico bianco argento, che viene spesso chiamato precipitazione del litio. La precipitazione del litio non solo riduce le prestazioni della batteria e riduce notevolmente la durata del ciclo, ma limita anche la capacità di ricarica rapida della batteria e può causare conseguenze disastrose come combustione ed esplosione.

In una serie di articoli discuteremo dei seguenti problemi dalla macro scala della batteria agli ioni di litio, condizioni di lavoro, gradiente esistente nella batteria, test elettrochimico, test di sicurezza, ecc.), microscala (elettrodo, particella, microstruttura, ecc.) e su scala atomica (atomo, ione, molecola, barriera energetica di attivazione, ecc.):

(1) Qual è la "miccia" della reazione di evoluzione del litio?

(2) Quali sono i fenomeni sperimentali della reazione di evoluzione del litio?

(3) Quali sono le macro morfologie del litio metallico depositato sulla superficie dell'elettrodo negativo in diverse condizioni? Qual è l'evidenza sperimentale diretta degli effetti collaterali?

(4) Qual è il meccanismo rilevante dell'invecchiamento della batteria causato dalla reazione di evoluzione del litio? Qual è la curva di decadimento della capacità in questo processo (cioè la variazione del tasso di ritenzione della capacità con il numero di cicli)?

Con il rapido sviluppo delle tecnologie relative alle batterie agli ioni di litio e il continuo emergere di esigenze diversificate di accumulo di energia, le persone propongono requisiti più elevati per le future batterie agli ioni di litio:

(1) Maggiore durata (per i veicoli elettrici è richiesta una durata della batteria superiore a 10 anni);

(2) Eccellenti prestazioni di ricarica rapida (la ricarica all'80% SOC richiede solo 20 minuti);

(3) Eccellenti prestazioni del ciclo a bassa temperatura e capacità di recupero della capacità;

(4) Prestazioni di sicurezza impeccabili.

È interessante notare che queste quattro straordinarie prestazioni della batteria sono strettamente correlate alla reazione collaterale dell'evoluzione del litio. Il processo di invecchiamento della batteria e il cambiamento della cinetica di reazione dell'elettrodo negativo causato dalla reazione laterale hanno un grande impatto sulle quattro prestazioni sopra elencate.

Quando la batteria agli ioni di litio è caricato, Li + è de-embedded dall'elettrodo positivo. Questi Li + si diffondono sulla superficie dell'elettrodo negativo nell'elettrolita e sono incorporati nel materiale dell'elettrodo negativo. Prendendo come esempio l'elettrodo negativo di grafite, l'intercalazione del litio si verifica quando il potenziale negativo diminuisce a 200-65 MV rispetto a Li + / Li; Mentre la carica continua, il potenziale dell'elettrodo negativo scende al di sotto di 0 V rispetto a Li + / Li e si verifica la reazione laterale di deposizione del litio. In questo momento, la reazione laterale di deposizione di litio dell'elettrodo negativo e la reazione di intercalazione del litio vengono eseguite contemporaneamente. Considerando l'influenza della polarizzazione, la reazione laterale di deposizione di litio si verifica quando la somma del potenziale di equilibrio e del sovrapotenziale (dalla resistenza ohmica,

Conclusione:

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