Durante il ciclo a ciclo lungo, la capacità reversibile della batteria agli ioni di litio continuerà a diminuire a causa della riduzione dei materiali attivi, della precipitazione del litio metallico, del consumo continuo di elettrolita, dell'aumento della resistenza interna e dell'instabilità termica. Tra questi, il fenomeno dell'evoluzione del litio dell'elettrodo negativo di grafite è la causa più importante del degrado della capacità della batteria e del cortocircuito interno.

Continuando dal nostro ultimo articolo tecnico, ora spiegheremo di più su questo fenomeno di seguito:

Basandosi sullo studio delle batterie Li-Cu, l'autore spera di dimostrare che le batterie Li-grafite possono anche subire una reazione di evoluzione del litio a un potenziale superiore a 0 V (contro Li0/Li+). Per ridurre al minimo gli effetti della cinetica, i ricercatori hanno ridotto la corrente costante applicata a -10 mA (circa C/25). Le tre piattaforme di tensione nella figura 4B corrispondono a diverse fasi di inserimento del litio di grafite. Nell'ultima fase della terza piattaforma di tensione, il dispositivo di riscaldamento viene acceso (Figura 4C) e la tensione della batteria aumenta rapidamente a causa dell'aumento del potenziale dell'elettrodo di bilanciamento e della riduzione del potenziale. Quindi, mentre la reazione di intercalazione del litio grafite continuava, la tensione iniziò a diminuire. Quando la tensione scende a 25 mV, la pendenza della curva di tensione diminuisce in modo significativo (come mostrato nella Figura 4E), che è completamente diversa dalla curva di carica della grafite non riscaldata, il che può significare che gli ioni di litio iniziano a depositare e precipitare il metallo di litio. Quando la tensione scende a 15 mV, la corrente applicata viene rimossa (la freccia grigia nella Figura 4B). In questo momento, la tensione aumenta improvvisamente a 72 mV a causa dell'aumento della concentrazione di ioni di litio tra le particelle di grafite e nell'elettrolita. Ciò è dovuto alla dissoluzione del litio e all'ulteriore intercalazione del litio nella parte di intercalazione incompleta tra gli strati di grafite. Dopo che la tensione si è stabilizzata a 85 mV, la corrente costante viene riapplicata per un periodo di tempo e quindi rimossa di nuovo, ciclicamente. Durante l'intero processo, il potenziale dell'elettrodo di grafite rimane sempre al di sopra di 0 V (rispetto a Li0/Li+). Si può vedere dalla curva di temperatura nella Figura 4D che l'andamento del cambiamento di temperatura del sistema è molto simile a quello dell'elettrodo Li-Cu. Il motivo del calo di temperatura è la dissipazione del calore causata dalla deposizione di metallo di litio. Quando la corrente applicata viene rimossa, la dissoluzione e l'ulteriore intercalazione del litio tra gli strati di grafite fanno aumentare la temperatura della batteria. Dopo l'esperimento, la precipitazione del litio metallico può essere osservata anche nella zona centrale del polo di grafite, a conferma che la distribuzione disomogenea della temperatura all'interno del la dissoluzione e l'ulteriore intercalazione del litio tra gli strati di grafite fanno salire la temperatura della batteria. Dopo l'esperimento, la precipitazione del litio metallico può essere osservata anche nella zona centrale del polo di grafite, a conferma che la distribuzione disomogenea della temperatura all'interno del la dissoluzione e l'ulteriore intercalazione del litio tra gli strati di grafite fanno salire la temperatura della batteria. Dopo l'esperimento, la precipitazione del litio metallico può essere osservata anche nella zona centrale del polo di grafite, a conferma che la distribuzione disomogenea della temperatura all'interno del la batteria può infatti causare la precipitazione del litio dell'anodo di grafite a un potenziale superiore a 0 V (rispetto a Li0/Li+).

Figura 5. Evoluzione del litio su anodo di grafite in condizioni di carica rapida

(c) In condizioni di riscaldamento, la foto dell'elettrodo negativo di grafite dopo una ricarica rapida, l'area centrale è completamente intercalata con il litio e si verifica il fenomeno dell'evoluzione del litio.