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 delle prove sperimentali degli effetti collaterali della deposizione di litio raccolte da diverse angolazioni:
Confrontando le batterie agli ioni di litio con lo stesso modello, i ricercatori hanno scoperto che la reazione laterale della deposizione di litio ha fatto sì che la batteria avesse un tasso di invecchiamento più rapido e la capacità della batteria, la densità energetica e l'efficienza energetica erano significativamente attenuate.
1.
Rileva il grado di reazione laterale della deposizione di litio analizzando l'efficienza del coulomb:
il meccanismo di invecchiamento della batteria che coinvolge la reazione laterale di deposizione di litio riduce l'efficienza coulombiana della batteria. Pertanto, è un metodo fattibile per monitorare il grado di reazione laterale della deposizione di litio misurando accuratamente l'efficienza coulombiana della batteria agli ioni di litio. Il litio metallico generato nella reazione laterale della deposizione di litio reagisce con l'elettrolita per formare una pellicola SEI, che riduce l'efficienza del coulomb. Va notato che la diminuzione dell'efficienza del coulomb non è interamente causata dalla reazione laterale della deposizione di litio. Ad esempio, la caduta dei materiali attivi degli elettrodi, la formazione di una pellicola SEI e il blocco delle microspore sulla superficie dell'elettrodo aumenteranno la resistenza interna della batteria e causeranno una perdita irreversibile di capacità. Questi fenomeni ridurranno l'efficienza coulombiana.
2. L'energia di attivazione apparente della reazione laterale di deposizione del litio si ottiene analizzando la curva di Arrhenius:
la curva di Arrhenius può essere ottenuta dalla curva di attenuazione della capacità a diverse temperature testando il ciclo di carica scarica della batteria agli ioni di litio a diverse temperature (vedi figura sotto). Quando la temperatura è elevata, la reazione laterale della deposizione di litio non si verifica, la dissoluzione dei materiali attivi positivi e la formazione di film SEI sulla superficie degli elettrodi positivi e negativi accelerano con l'aumento della temperatura e anche il tasso di invecchiamento della batteria accelera; Quando la temperatura è bassa, sul palco compare la reazione laterale della deposizione di litio, che cambia improvvisamente il meccanismo di invecchiamento. Poiché la reazione laterale della deposizione di litio diventa sempre più intensa con la diminuzione della temperatura, il tasso di invecchiamento della batteria accelera con la diminuzione della temperatura. Per riassumere, la curva di Arrhenius della batteria agli ioni di litio è a forma di V, come mostrato in Figura 4, e la sua pendenza è il valore negativo (-EA) dell'energia di attivazione apparente durante l'invecchiamento. La reazione laterale della deposizione di litio ha un'energia di attivazione apparente negativa.
3. Analizzare la reazione di evoluzione del litio in base alla curva di tensione
3.1 analizzare la reazione di precipitazione del litio utilizzando la piattaforma di tensione della curva di scarica: se si verifica una reazione laterale di deposizione di litio durante la carica a bassa temperatura, la piattaforma di tensione corrispondente alla reazione di dissoluzione del litio apparirà sulla curva di scarica successiva. Con l'aumento della dissoluzione del litio durante la scarica, la piattaforma di tensione diventa più lunga.
3.2 analizzare la reazione laterale della deposizione di litio utilizzando la curva differenziale della tensione di capacità (DQ / DU) o la curva differenziale della capacità di tensione (DU / DQ): entrambe le curve DQ / Du o Du / DQ possono essere utilizzate per stimare la quantità di litio disciolto durante scarica e la curva Du / DQ è più sensibile.
3.3 analizzare la reazione laterale della deposizione di litio utilizzando la curva di corrente di tensione dopo il rilassamento: durante la carica, si forma un gradiente di concentrazione di ioni di litio nel materiale dell'elettrodo negativo e / o nell'elettrolita. Se la corrente viene interrotta dopo la carica, la distribuzione della concentrazione di ioni di litio nel materiale dell'elettrodo negativo e/o nell'elettrolita raggiungerà un nuovo equilibrio e in questo processo è possibile osservare la curva della corrente di tensione che varia nel tempo. Le informazioni ottenute da questa curva possono essere utilizzate per analizzare le reazioni collaterali della deposizione di litio.
Nota:
(1) se c'è un plateau di tensione nella curva di scarica o la variazione della curva di corrente di tensione durante il rilassamento ha caratteristiche corrispondenti, indica che si è verificata una reazione laterale di deposito di litio durante la carica. Tuttavia, se nessuno dei suddetti fenomeni esiste, ciò non significa che non si sia verificata la reazione collaterale della deposizione di litio. Ciò può essere dovuto al fatto che il processo di rilassamento è inibito a bassa temperatura e le caratteristiche di variazione della curva di corrente di tensione non possono essere osservate, oppure la velocità di incorporazione del litio metallico nell'elettrodo negativo ad alta temperatura è troppo veloce per osservare la piattaforma di tensione corrispondente alla dissoluzione del litio reazione.
(2) Il metodo elettrochimico può misurare solo i risultati medi in una vasta area e non ha nulla a che fare con il rilevamento del litio metallico nell'elettrodo negativo.
Conclusione:
