Quando si carica la
batteria agli ioni di 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 problemi della macroscala della batteria agli ioni di litio, delle condizioni di lavoro, del gradiente esistente nella batteria, del test elettrochimico, del test di sicurezza, ecc.), della microscala (elettrodo, particella, microstruttura, ecc. .) e su scala atomica (atomo, ione, molecola, barriera energetica di attivazione, ecc.). Oggi discuteremo di quali fattori stanno influenzando le reazioni collaterali della deposizione di litio:
1. Gli elettrodi positivo e negativo della batteria agli ioni di litio e l'elettrodo di riferimento al litio metallico formano un sistema a tre elettrodi come mostrato in Fig. 1 per il test di carica. Si è riscontrato che maggiore è lo stato di carica (SOC) e la densità della corrente di carica, minore è la temperatura di prova, più negativo è il potenziale dell'elettrodo negativo di grafite e più incline è la reazione laterale della deposizione di litio sulla superficie dell'elettrodo negativo.
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Livello batteria al litio:
aumentare il rapporto N/P entro un certo intervallo aiuta a limitare lo stato di carica dell'elettrodo negativo ad un livello inferiore, così da ridurre il tasso di invecchiamento della batteria e far aumentare più lentamente la resistenza interna della batteria.
3.
Cinetica di reazione degli elettrodi negativi:
la reazione di evoluzione del litio è influenzata anche dal tipo, dalla morfologia e dalla conduttività dei materiali degli elettrodi negativi. Influiscono sul grado di polarizzazione negativa dal punto di vista del trasferimento di massa della diffusione o del trasferimento di carica, influenzando così il potenziale negativo e la reazione negativa.
4. Energia di
attivazione:
l'energia di attivazione che gli ioni di litio solvati devono superare nella diffusione dell'elettrolita può essere ignorata, mentre l'energia di attivazione che gli ioni di litio solvati devono superare nel processo di desolvatazione, diffusione attraverso la membrana SEI e trasferimento di carica è più alto. Con l'avanzamento del processo di carica, il numero di Li+ incorporato nell'elettrodo negativo aumenta gradualmente, l'energia di attivazione da superare quando Li+ si diffonde nel materiale attivo negativo aumenta e la diffusione in fase solida è più difficile.
5.
Temperatura:
secondo la formula di Arrhenius, quando la batteria circola a bassa temperatura, la reazione di evoluzione del litio ha una velocità di reazione maggiore rispetto al processo di intercalazione del litio, ovvero l'elettrodo negativo è più incline alla reazione di evoluzione del litio a bassa temperatura. Ciò è stato verificato dall'osservazione sperimentale che il potenziale negativo della grafite è più negativo a bassa temperatura. Inoltre, il trasferimento di carica e la diffusione in fase solida sono più lenti a bassa temperatura e anche la velocità di reazione tra il litio metallico depositato sulla superficie dell'elettrodo negativo e l'elettrolita diminuirà.
6.
Velocità di carica:
la velocità di carica della corrente determina il flusso di ioni di litio sul materiale dell'elettrodo negativo per unità di area. Quando il processo di diffusione in fase solida di Li+ nell'elettrodo negativo è lento (ad esempio, quando la temperatura è troppo bassa, lo stato di carica è alto, oppure la diffusione di Li+ nel materiale deve superare la grande energia di attivazione ), e la densità della corrente di carica è troppo alta, la reazione di evoluzione del litio si verificherà sulla superficie dell'elettrodo negativo. Quando le altre condizioni rimangono invariate e la densità di corrente aumenta fino a una certa soglia, il potenziale negativo diventerà negativo, accompagnato dall'inizio della reazione di evoluzione del litio.
7.
Altri:
se la reazione di evoluzione del litio si verifica sulla superficie dell'elettrodo negativo è determinato da tre fattori: velocità di carica, temperatura e stato di carica. Ad esempio: (1) la carica a bassa temperatura non significa che si verificherà una reazione di evoluzione del litio sull'elettrodo negativo. La reazione di evoluzione del litio avviene solo quando lo stato di carica e/o la densità di corrente superano una certa soglia. (2) Nel processo di carica della batteria agli ioni di litio, se viene adottata una maggiore densità di corrente di carica quando lo stato di carica è basso e viene adottata una densità di corrente di carica inferiore quando lo stato di carica è alto, la reazione di evoluzione del litio può essere efficacemente inibito.
Conclusione:
