Durante o ciclo de ciclo longo, a capacidade reversível do bateria de íon-lítio continuará a diminuir devido à redução de materiais ativos, a precipitação de metal lítio, o consumo contínuo de eletrólito, o 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 de bateria degradação da capacidade e curto-circuito interno.

Continuando nosso último artigo técnico, agora vamos explicar mais sobre esse fenômeno a seguir:

Com base no estudo das baterias de Li-Cu, o autor espera provar que as baterias de grafite de lítio também podem sofrer uma reação de evolução de lítio em um potencial superior a 0 V (vs. Li0 / Li +). Para minimizar os efeitos da cinética, os pesquisadores reduziram a corrente constante aplicada para -10 mA (aproximadamente C / 25). As três plataformas de tensão na Figura 4B correspondem a diferentes estágios de inserção de lítio de grafite. No último estágio da terceira plataforma de tensão, o dispositivo de aquecimento é ligado (Figura 4C), e a tensão da bateria aumenta rapidamente devido ao aumento do potencial do eletrodo de equilíbrio e redução do potencial. Então, à medida que a reação de intercalação de grafite-lítio continuou, a voltagem começou a cair. Quando a voltagem cai para 25 mV, a inclinação da curva de voltagem cai significativamente (como mostrado na Figura 4E), o que é completamente diferente da curva de carga de grafite não aquecida, o que pode significar que os íons de lítio começam a se depositar e precipitar o metal de lítio. Quando a tensão cai para 15 mV, a corrente aplicada é removida (a seta cinza na Figura 4B). Neste momento, a voltagem aumenta repentinamente para 72 mV devido ao aumento na concentração de íons de lítio entre as partículas de grafite e no eletrólito. Isso se deve à dissolução do lítio e à posterior intercalação de lítio na parte de intercalação incompleta entre as camadas de grafite. Depois que a tensão se estabiliza em 85 mV, a corrente constante é reaplicada por um período de tempo e então removida novamente, ciclicamente. Durante todo o processo, o potencial do eletrodo de grafite permanece sempre acima de 0 V (vs. Li0 / Li +). Pode ser visto a partir da curva de temperatura na Figura 4D que a tendência de mudança de temperatura do sistema é muito semelhante à do eletrodo de Li-Cu. O motivo da queda de temperatura é a dissipação de calor causada pela deposição de metal lítio. Quando a corrente aplicada é removida, a dissolução e a posterior intercalação de lítio entre as camadas de grafite fazem com que a temperatura da bateria aumente. Após o experimento, a precipitação do lítio metálico também pode ser observada na área central da peça polar de grafite, confirmando que a distribuição desigual de temperatura no interior do bateria pode de fato fazer com que o ânodo de grafite sofra precipitação de lítio em um potencial superior a 0 V (vs. Li0 / Li +) de reação.

Figura 5. Evolução do lítio no ânodo de grafite sob condições de carga rápida

(c) Em condições de aquecimento, na foto do eletrodo negativo de grafite após o carregamento rápido, a área central é totalmente intercalada com o lítio e ocorre o fenômeno da evolução do lítio.