Durante o ciclo de ciclo longo, a capacidade reversível da bateria de íon-lítio continuará diminuindo devido à redução de materiais ativos, precipitação de metal lítio, consumo contínuo de eletrólito, aumento da resistência interna e fuga térmica. Entre eles, o fenômeno de evolução do lítio do eletrodo negativo de grafite é a causa mais importante da degradação da capacidade da bateria e do curto-circuito interno.

No artigo anterior, compartilhamos um diagrama esquemático da estrutura de uma bateria de botão de Li-Cu. Um pequeno dispositivo de aquecimento Pt é colocado no substrato para aquecer uma área local na bateria. O dispositivo de aquecimento foi desligado na etapa inicial do experimento, e a correspondente corrente negativa foi atribuída ao processo de carregamento da dupla camada elétrica na superfície da lâmina de Cu e ao processo de formação do SEI. O potencial elétrico é usado para superar a barreira de nucleação do metal de lítio, e a reação de evolução do lítio não ocorrerá. Depois que o dispositivo de aquecimento é ligado, a potência de saída é de 80 mV, e o aumento repentino na corrente pode ser observado quando a temperatura é elevada para 55 Então, quando a temperatura continua a subir até 95 ° C, a corrente aumenta ainda mais para 10 mA. Após o experimento, pedaços de prata apareceram na área central dos flocos de cobre. A caracterização de SEM e XRD confirmou que o material de prata era lítio metálico depositado nos flocos de Cu causados ​​pela temperatura na homogeneidade.

Para analisar quantitativamente os resultados observados no experimento, o autor usa o COMSOL para simular e analisar a termodinâmica da bateria. A Figura 3A-D é a simulação de temperatura dentro da célula do botão. A temperatura mais alta na área central do eletrodo de Cu é 97,4 ° C e decai rapidamente na direção radial. A temperatura da interface entre a folha de Cu e o eletrólito é 55,4 ° C, e a temperatura da folha de Li do contraeletrodo é 55,4 Abaixo de 22,6 ° C, pode-se observar na Figura 3E que, quando ocorre a deposição de lítio, a temperatura na área central cai para 92,3 ° C, o que é consistente com a observação experimental de que a temperatura no estágio 3 cai de 95 ° C a 93 A queda da temperatura se deve à boa condutividade térmica do metal lítio depositado na superfície, que favorece a dissipação do calor. Estes resultados indicam que a deposição de metal de lítio pode ser conhecida in situ por meio da detecção da temperatura. Na Fig. 3I, uma corrente negativa óbvia pode ser observada no eletrodo de trabalho, o que confirma que a reação de redução de íons de lítio ao metal de lítio ocorreu nesta região. O alto grau de concordância entre os resultados experimentais e a simulação prova que a distribuição desigual da temperatura terá um impacto significativo no processo de evolução do lítio.

(H-L) Simulação da distribuição da temperatura em várias partes da bateria antes da deposição do metal de lítio;

Conclusão:

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