Батерейны хүчин чадлыг бууруулах механизм гэж юу вэ?
Материалын бүтцийн өөрчлөлт
Одоогийн байдлаар хамгийн өргөн хэрэглэгддэг катодын материалд голчлон LiMO2-ийн зургаан өнцөгт давхаргат бүтэц (үүнд M=Co, Ni, Mn), LiMn2O4-ийн нугасны бүтэц, LiFePO4-ийн оливин бүтэц орно. Бүтэцээс үл хамааран литийн ионууд катодоос ялгарах үед материал дахь цахилгаан төлөвийг хадгалахын тулд металл элемент нь зайлшгүй өндөр валентын төлөвт исэлддэг бөгөөд энэ нь фазын шилжилтийн процесс дагалддаг. Фазын шилжилт нь ихэвчлэн фазын шилжилтэд хүргэдэг тул литийн ионууд материалд тасралтгүй харилцан уялдаатай, харилцан уялдаа холбоогүй болох тусам фазын өөрчлөлт үргэлжилж, урт хугацаанд болорын тогтвортой байдалд аюул учруулах болно. Анодтой харьцуулахад фазын шилжилт, катодын материалын задгай бүтцийн өөрчлөлтөөс үүссэн тэгш бус урвуу хүчин чадал нь батерейны ашиглалтад ихээхэн нөлөөлдөг. Графит нь давхаргат бүтэцтэй. Хэд хэдэн давхар зузаантай бол зайг цэнэглэх явцад лити ионууд давхаргууд руу нийлж, гадаад хэлхээнээс зөөгдсөн электронуудтай нэгдэн литийн бал чулуу үүсгэх ба энэ үед давхарга хоорондын зай нэмэгддэг; цэнэгийн үед литийн ионууд графит хоорондын давхаргыг орхиж, электронуудыг гадаад хэлхээнд гаргаж, интеркализаци ба исэлдэлтийн урвалд ордог бөгөөд энэ үед давхарга хоорондын зай багасдаг.
Идэвхтэй бодисыг уусгах
Катодын материалыг уусгах нь электролит дахь зэврэлтээс болж идэвхтэй материал аажмаар буурч байгаа үйл явцыг хэлнэ. Өндөр температурт катодын материалыг уусгах нь батерейны хүчин чадал муудах нэг шалтгаан бөгөөд ялангуяа өндөр температурт батерейны циклийн гүйцэтгэл, хадгалалтын гүйцэтгэлд илүү их нөлөөлдөг. Тодорхой нөхцөлд шилжилтийн металлыг уусгах нь бүх LiMO2 катодын материалд байдаг асуудал юм. Идэвхтэй материалыг татан буулгах нь батерейны гүйцэтгэлийг муутгахад хүргэдэг гол шалтгаанууд нь: $\\textcircled{1}$ Металл элементүүдийг уусгах нь идэвхтэй материалыг шууд багасгаж, батерейны багтаамжийг алдахад хүргэдэг; $\\textcircled{2}$ Катодын материалыг уусгах нь материалын бүтцийг доройтуулж, бөөмсийн гадаргуу дээр химийн идэвхгүй бодис үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь электродын материал дахь литийн ионуудыг тээвэрлэхэд саад болдог; $\\textcircled{3}$ Электролитэд агуулагдах ууссан металлын ионууд нь электролит дахь анод руу шилжиж, анодын гадаргуу дээр металл эсвэл давс хэлбэрээр бага потенциалын дор хуримтлагдах ба эдгээр ордууд нь анодын гадаргуу дээрх SEI хальсны тогтвортой байдал, зузаанд зайлшгүй нөлөөлж, электродын гадаргуугийн туйлшралыг нэмэгдүүлж, батерейны дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Иймээс электролитэд идэвхтэй бодис уусгах нөлөө нь зөвхөн уусахаас гадна шилжилтийн металлын уусалтын үр дүнд бий болсон илүү сөрөг нөлөөллөөс үүсдэг.
Лити ионуудын хэрэглээ
Литиум{0}}ионы батерейны загварт батерейны хүчин чадал нь катодынхаас арай илүү байдаг бөгөөд дахин боловсруулах боломжтой литийн ионуудыг мөн катодоор хангадаг. Тиймээс катод ба анодын хоорондох литийн ионуудын урвуу интеркалаци ба деинтеркалаци нь зайны багтаамжийг тодорхойлдог. Эхний цэнэглэлт ба цэнэгийн процессын үед анодын гадаргуу дээр SEI хальс үүсдэг. Энэхүү идэвхгүй хальсны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH зэрэг янз бүрийн органик бус бодисууд ба ROCO2Li, ROLi, (ROCO2) 2Li зэрэг янз бүрийн органик бүрэлдэхүүн хэсгүүд юм. Тиймээс зарим лити ионууд зарцуулагддаг бөгөөд энэ хүчин чадлын алдагдал нь эргэлт буцалтгүй юм. Анодын гүйцэтгэл нь SEI хальсны морфологи, тогтвортой байдалтай ихээхэн холбоотой бөгөөд анодын гадаргуу дээр тогтвортой SEI хальс үүсгэх чадвар нь-батарейны гүйцэтгэлд үл тоомсорлодог. SEI хальс үүсэх нь зайны хязгаарлагдмал лити ионуудыг зарцуулдаг. Хэрэв циклийн явцад SEI хальс тасралтгүй гэмтдэг бол анод/электролитийн интерфейс дэх исэлдэлтийн урвал тасралтгүй явагдах бөгөөд шинэ SEI хальс үүсгэдэг. Энэ процесс нь систем дэх катодоор хангагдсан хязгаарлагдмал литийн ионуудыг зарцуулдаг бөгөөд идэвхтэй литийн ионуудын бууралт нь багтаамжийг задлахад хүргэдэг. Электролит дэх литийн ионы бууралт нь электролитийн дамжуулах чанар буурахад хүргэдэг бөгөөд катодын материал дахь литийн ионы алдагдал нь батерейны хоёр электродын хооронд тэнцвэргүй байдлыг үүсгэдэг.
Дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх
Удаан хугацааны{0}}батарейг ашиглах явцад дотоод эсэргүүцэл нэмэгдэх нь хүчин чадал муудах чухал шалтгаан болдог. Дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх олон шалтгаан байдаг бөгөөд үүнд голчлон хоёр талаас нь хамааруулж болно: $\\textcircled{1}$ Электролит дахь электрод/электролитийн интерфэйс дээр үүсэх исэлдэлтийн урвал нь электродын гадаргуугийн хальсны эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх, анодын SEI хальс тогтворгүй болоход хүргэдэг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн шинэ хальсыг тасралтгүй үүсгэж, батерейны бүхэл бүтэн цикл, дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэх гэх мэт. $\\textcircled{2}$ Катод дахь металлын ионууд электролит руу уусах ба ууссан ионжсон металлын ионууд электролитээр дамжин анод руу шилжиж, металл эсвэл давс хэлбэрээр анодын гадаргуу дээр тогтож, улмаар электродын туйлшрал нэмэгддэг. Нэмж дурдахад одоогийн коллекторын зэврэлт нь дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг болохыг судалгаагаар нотолсон боловч одоогийн коллекторыг урьдчилан цэвэрлэх нөхцөлийн дагуу энэ нөлөө харьцангуй бага байна. Дотоод эсэргүүцлийн өсөлт нь эрчим хүчний нягтрал, хүчин чадал буурахад хүргэдэг, ялангуяа анодын хувьд электрод / электролитийн интерфейс дээр үүсэх урвал нь анодын хөгшрөлтийн гол шалтгаан болдог.
