Wat is batterykapasiteit-degradasiemeganisme?
Verandering in Materiaalstruktuur
Die katodemateriale wat tans die meeste gebruik word, sluit hoofsaaklik die seskantige gelaagde struktuur van LiMO2 (waar M=Co, Ni, Mn), die spinelstruktuur van LiMn2O4 en die olivienstruktuur van LiFePO4 in. Ongeag die struktuur, wanneer litiumione van die katode deinterkaleer, om die elektriese toestand in die materiaal te handhaaf, word die metaalelement onvermydelik geoksideer na 'n hoër valensietoestand, wat gepaard gaan met 'n fase-oorgangsproses. Fase-oorgange lei dikwels tot faseverskuiwings, so aangesien litiumione voortdurend in die materiaal interkaleer en deinterkaleer, gaan die faseverandering voort, en op die lang termyn sal dit 'n bedreiging vir die kristalstabiliteit inhou. In vergelyking met die anode het die ongelyke omkeerbare kapasiteit wat veroorsaak word deur faseverskuiwings en veranderinge in die grootmaatstruktuur van die katodemateriaal 'n beduidende impak op batterylewe. Grafiet het 'n gelaagde struktuur. Wanneer dit verskeie lae dik is, interkaleer litiumione in die tussenlae tydens batterylaai en kombineer met elektrone wat vanaf die eksterne stroombaan vervoer word om gelithieerde grafiet te vorm, en die tussenlaagspasiëring neem toe op hierdie tydstip; tydens ontlading verlaat litiumione die grafiet-tussenlae en stel elektrone vry na die eksterne stroombaan, wat 'n deinterkalasie- en oksidasiereaksie ondergaan, en die tussenlaagspasiëring verminder op hierdie tydstip.
Ontbinding van aktiewe materiaal
Die ontbinding van katodemateriaal verwys na die proses waar die aktiewe materiaal geleidelik afneem as gevolg van korrosie in die elektroliet. Die ontbinding van katodemateriaal by hoë temperature is een van die redes vir batterykapasiteitverval, wat veral 'n groter impak het op die siklusprestasie en bergingsprestasie van batterye by hoë temperature. Die ontbinding van oorgangsmetale onder sekere omstandighede is 'n probleem wat in alle LiMO2-katodemateriale bestaan. Die hoofredes waarom die ontbinding van aktiewe materiaal tot die agteruitgang van batterywerkverrigting lei, is: $\\textcircled{1}$ Die ontbinding van metaalelemente lei direk tot die vermindering van aktiewe materiaal, wat batterykapasiteitverlies veroorsaak; $\\textcircled{2}$ Die ontbinding van katodemateriaal veroorsaak die agteruitgang van die materiaalstruktuur en die vorming van chemies onaktiewe stowwe op die oppervlak van die deeltjies, wat die vervoer van litiumione in die elektrodemateriaal belemmer; $\\textcircled{3}$ Die gesolvateerde metaalione wat in die elektroliet vervat is, migreer na die anode in die elektroliet en deponeer op die anode-oppervlak in die vorm van metaal of sout onder lae potensiaal, en hierdie afsettings beïnvloed onvermydelik die stabiliteit en dikte van die SEI-film op die anode-oppervlak, wat lei tot verhoogde elektrode-oppervlakpolarisasie en verhoogde battery interne weerstand. Die effek van die oplossing van aktiewe materiaal op die elektroliet kom dus nie net van oplossing nie, maar ook van meer nadelige effekte wat deur die oplos van oorgangsmetale veroorsaak word.
Verbruik van litiumione
In die ontwerp van litium-ioonbatterye is die kapasiteit van die battery oor die algemeen effens meer as dié van die katode, en die herwinbare litiumione word ook deur die katode verskaf. Daarom bepaal die omkeerbare interkalasie en de-interkalasie van litiumione tussen die katode en anode die batterykapasiteit. Tydens die eerste laai- en ontladingsproses word 'n SEI-film op die anode-oppervlak gevorm. Die hoofkomponente van hierdie passiveringsfilm is verskeie anorganiese stowwe soos Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH en verskeie organiese komponente soos ROCO2Li, ROLi en (ROCO2)2Li. Dus word sommige litiumione verbruik, en hierdie kapasiteitsverlies is onomkeerbaar. Die werkverrigting van die anode is hoogs verwant aan die morfologie en stabiliteit van die SEI-film, en die vermoë om 'n stabiele SEI-film op die anode-oppervlak te vorm, het 'n nie-weglaatbare impak op batterywerkverrigting. Die vorming van die SEI-film verbruik die beperkte litiumione in die battery. As die SEI-film voortdurend beskadig word tydens die siklus, sal die oksidasiereaksie by die anode/elektroliet-koppelvlak voortdurend plaasvind om 'n nuwe SEI-film te vorm. Hierdie proses verbruik die beperkte litiumione wat deur die katode in die stelsel verskaf word, en die vermindering van aktiewe litiumione lei tot kapasiteitsverval. Die vermindering van litiumione in die elektroliet lei tot 'n afname in die geleidingsvermoë van die elektroliet, en die verlies van litiumione in die katodemateriaal veroorsaak 'n wanbalans tussen die twee elektrodes van die battery.
Toename in interne weerstand
Tydens die lang-termyn-siklus van die battery is die toename in interne weerstand ook 'n belangrike rede vir kapasiteitsverval. Daar is baie redes vir die toename in interne weerstand, hoofsaaklik uit twee aspekte: $\\textcircled{1}$ Die oksidasiereaksie wat plaasvind by die elektrode/elektroliet-koppelvlak in die elektroliet lei tot 'n toename in die oppervlakfilmweerstand van die elektrode, en die onstabiliteit van die anode SEI-film, wat voortdurend nuwe oppervlakfilms vorm tydens die batteryweerstand, ens. $\\textcircled{2}$ Die oplossing van metaalione in die katode in die elektroliet, en die opgeloste geïoniseerde metaalione migreer na die anode deur die elektroliet en neerslaan op die anode-oppervlak in die vorm van metaal of sout, wat lei tot verhoogde elektrodepolarisasie. Daarbenewens het navorsing ook bewys dat die korrosie van die stroomkollektor ook tot 'n toename in interne weerstand kan lei, maar hierdie effek is relatief klein onder die veronderstelling van voorbehandeling van die stroomkollektor. Die toename in interne weerstand lei tot 'n afname in energiedigtheid en kapasiteit, veral vir die anode, die reaksie wat plaasvind by die elektrode/elektroliet-koppelvlak is die hoofrede vir anodeveroudering.
