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¿Qué factores están afectando las reacciones secundarias de la deposición de litio?
17 Sep 2021
Al cargar batería de iones de litio , La precipitación de litio no solo reduce el rendimiento de la batería y acorta en gran medida el ciclo de vida, sino que también limita la capacidad de carga rápida de la batería y puede causar consecuencias desastrosas como combustión y explosión.

En una serie de artículos discutiremos sobre los problemas de la macroescala de la batería de iones de litio, condiciones de trabajo, gradiente existente en la batería, prueba electroquímica, prueba de seguridad, etc.), microescala (electrodo, partícula, microestructura, etc.) .) y a escala atómica (átomo, ión, molécula, barrera de energía de activación, etc.). Hoy vamos a discutir sobre qué factores están afectando las reacciones secundarias de la deposición de litio:

1. Los electrodos positivo y negativo de la batería de iones de litio y el electrodo de referencia de litio metálico forman un sistema de tres electrodos como se muestra en la Fig. 1 para la prueba de carga. Se encuentra que cuanto mayor es el estado de carga (SOC) y la densidad de corriente de carga, menor es la temperatura de prueba, más negativo es el potencial del electrodo negativo de grafito y más propensa es la reacción secundaria de la deposición de litio en la superficie del electrodo negativo.


2. Nivel de batería de litio: aumentar la relación N / P dentro de un cierto rango ayuda a limitar el estado de carga del electrodo negativo a un nivel más bajo, para reducir la tasa de envejecimiento de la batería y hacer que la resistencia interna de la batería aumente más lentamente.

3. Cinética de reacción del electrodo negativo: La reacción de evolución de litio también se ve afectada por el tipo, la morfología y la conductividad de los materiales de los electrodos negativos. Afectan el grado de polarización negativa desde la perspectiva de la transferencia de masa por difusión o transferencia de carga, afectando así el potencial negativo y la reacción negativa.

4. Energía de activación: la energía de activación que los iones de litio solvatados necesitan superar en la difusión del electrolito puede ignorarse, mientras que la energía de activación que los iones de litio solvatados necesitan superar en el proceso de desolvatación, difusión a través de la membrana SEI y transferencia de carga es la más alta. Con el progreso del proceso de carga, el número de Li + incrustado en el electrodo negativo aumenta gradualmente, la energía de activación que debe superarse cuando el Li + se difunde en el material activo negativo aumenta y la difusión en fase sólida es más difícil.

5. Temperatura: Según la fórmula de Arrhenius, cuando la batería circula a baja temperatura, la reacción de evolución de litio tiene una mayor velocidad de reacción que el proceso de intercalación de litio, es decir, el electrodo negativo es más propenso a la reacción de evolución de litio a baja temperatura. Esto ha sido verificado por la observación experimental de que el potencial negativo del grafito es más negativo a baja temperatura. Además, la transferencia de carga y la difusión en fase sólida son más lentas a baja temperatura, y la velocidad de reacción entre el litio metálico depositado en la superficie del electrodo negativo y el electrolito también disminuirá.

6. Tasa de carga: la tasa de corriente de carga determina el flujo de iones de litio en el material del electrodo negativo por unidad de área. Cuando el proceso de difusión en fase sólida de Li + en el electrodo negativo es lento (por ejemplo, cuando la temperatura es demasiado baja, el estado de carga es alto o la difusión de Li + en el material debe superar la gran energía de activación ), y la densidad de corriente de carga es demasiado alta, la reacción de evolución de litio se producirá en la superficie del electrodo negativo. Cuando otras condiciones permanecen sin cambios y la densidad de corriente aumenta hasta un cierto umbral, el potencial negativo se volverá negativo, acompañado por el comienzo de la reacción de evolución de litio.

7. Otros: El hecho de que se produzca una reacción de evolución de litio en la superficie del electrodo negativo está determinado por tres factores: velocidad de carga, temperatura y estado de carga. Por ejemplo: (1) la carga a baja temperatura no significa que se producirá una reacción de evolución de litio en el electrodo negativo. La reacción de evolución de litio ocurre solo cuando el estado de carga y / o la densidad de corriente exceden un cierto umbral. (2) En el proceso de carga de la batería de iones de litio, si se adopta una densidad de corriente de carga más alta cuando el estado de carga es bajo y se adopta una densidad de corriente de carga más baja cuando el estado de carga es alto, la reacción de evolución de litio puede ser inhibido eficazmente.

Conclusión:
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