Durante el ciclo de ciclo largo, la capacidad reversible del batería de iones de litio seguirá disminuyendo debido a la reducción de materiales activos, la precipitación de litio metálico, el consumo continuo de electrolito, el aumento de la resistencia interna y el desbordamiento térmico. Entre ellos, el fenómeno de evolución de litio del electrodo negativo de grafito es la causa más importante de batería degradación de la capacidad y cortocircuito interno.

Continuando con nuestro último artículo técnico, ahora vamos a explicar más sobre este fenómeno a continuación:

Basado en el estudio de las baterías de Li-Cu, el autor espera demostrar que las baterías de Li-grafito también pueden experimentar una reacción de evolución de litio a un potencial superior a 0 V (frente a Li0 / Li +). Para minimizar los efectos de la cinética, los investigadores redujeron la corriente constante aplicada a -10 mA (aproximadamente C / 25). Las tres plataformas de voltaje en la Figura 4B corresponden a diferentes etapas de inserción de litio de grafito. En la última etapa de la tercera plataforma de voltaje, el dispositivo de calentamiento se enciende (Figura 4C) y el voltaje de la batería aumenta rápidamente debido al aumento en el potencial del electrodo de equilibrio y la reducción sobre el potencial. Luego, a medida que continuaba la reacción de intercalación de grafito-litio, el voltaje comenzó a caer. Cuando el voltaje cae a 25 mV, la pendiente de la curva de voltaje cae significativamente (como se muestra en la Figura 4E), que es completamente diferente de la curva de carga de grafito sin calentar, lo que puede significar que los iones de litio comienzan a depositarse y precipitar el metal de litio. Cuando el voltaje cae a 15 mV, se elimina la corriente aplicada (la flecha gris en la Figura 4B). En este momento, el voltaje aumenta repentinamente a 72 mV debido al aumento en la concentración de iones de litio entre las partículas de grafito y en el electrolito. Esto se debe a la disolución del litio y la intercalación adicional del litio en la parte de intercalación incompleta entre las capas de grafito. Después de que el voltaje se estabiliza a 85 mV, la corriente constante se vuelve a aplicar durante un período de tiempo y luego se retira nuevamente, de manera cíclica. Durante todo el proceso, el potencial del electrodo de grafito siempre permanece por encima de 0 V (frente a Li0 / Li +). Puede verse en la curva de temperatura en la Figura 4D que la tendencia de cambio de temperatura del sistema es muy similar a la del electrodo de Li-Cu. La razón de la caída de temperatura es la disipación de calor causada por la deposición de metal litio. Cuando se elimina la corriente aplicada, la disolución y la intercalación adicional del litio entre las capas de grafito hacen que la temperatura de la batería aumente. Después del experimento, la precipitación de litio metálico también se puede ver en el área central de la pieza polar de grafito, lo que confirma que la distribución desigual de la temperatura dentro del batería de hecho, puede hacer que el ánodo de grafito experimente precipitación de litio a un potencial de reacción superior a 0 V (frente a Li0 / Li +).

Figura 5. Evolución de litio en ánodo de grafito en condiciones de carga rápida

(c) En condiciones de calentamiento, la foto del electrodo negativo de grafito después de la carga rápida, el área central está completamente intercalada con litio y ocurre el fenómeno de evolución de litio.