ກົນໄກການເສື່ອມສະພາບຂອງຄວາມອາດສາມາດຫມໍ້ໄຟແມ່ນຫຍັງ?
ການປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງວັດສະດຸ
ວັດສະດຸ cathode ທີ່ໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດໃນປະຈຸບັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີໂຄງສ້າງຊັ້ນ hexagonal ຂອງ LiMO2 (ບ່ອນທີ່ M=Co, Ni, Mn), ໂຄງສ້າງ spinel ຂອງ LiMn2O4, ແລະໂຄງສ້າງ olivine ຂອງ LiFePO4. ໂດຍບໍ່ສົນເລື່ອງຂອງໂຄງສ້າງ, ເມື່ອ lithium ions deintercalate ຈາກ cathode, ເພື່ອຮັກສາສະຖານະໄຟຟ້າໃນວັດສະດຸ, ອົງປະກອບໂລຫະໄດ້ຖືກ oxidized inevitably ໄປສູ່ລັດ valence ທີ່ສູງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍຂະບວນການປ່ຽນໄລຍະ. ໄລຍະການຫັນປ່ຽນມັກຈະນໍາໄປສູ່ການປ່ຽນໄລຍະ, ສະນັ້ນຍ້ອນວ່າ lithium ions intercalate ແລະ deintercalate ໃນວັດສະດຸຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ການປ່ຽນແປງໄລຍະຍັງສືບຕໍ່, ແລະໃນໄລຍະຍາວ, ມັນຈະເຮັດໃຫ້ເກີດໄພຂົ່ມຂູ່ຕໍ່ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໄປເຊຍກັນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ anode, ຄວາມອາດສາມາດປີ້ນກັບກັນທີ່ບໍ່ເທົ່າທຽມກັນທີ່ເກີດຈາກການປ່ຽນໄລຍະແລະການປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງຂອງວັດສະດຸ cathode ມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຊີວິດຫມໍ້ໄຟ. Graphite ມີໂຄງສ້າງຊັ້ນ. ໃນເວລາທີ່ມັນຫນາຫຼາຍຊັ້ນ, lithium ions intercalate ເຂົ້າໄປໃນ interlayers ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟຫມໍ້ໄຟແລະສົມທົບກັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຂົນສົ່ງຈາກວົງຈອນພາຍນອກເພື່ອປະກອບເປັນ lithiated graphite, ແລະໄລຍະຫ່າງ interlayer ເພີ່ມຂຶ້ນໃນເວລານີ້; ໃນລະຫວ່າງການໄຫຼອອກ, lithium ions ອອກຈາກ interlayers graphite ແລະປ່ອຍເອເລັກໂຕຣນິກໄປສູ່ວົງຈອນພາຍນອກ, ພາຍໃຕ້ການ deintercalation ແລະຕິກິຣິຍາ oxidation, ແລະໄລຍະຫ່າງ interlayer ຫຼຸດລົງໃນເວລານີ້.
ການລະລາຍຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ວຽກ
ການລະລາຍຂອງວັດສະດຸ cathode ຫມາຍເຖິງຂະບວນການທີ່ວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງຍ້ອນການກັດກ່ອນໃນ electrolyte. ການລະລາຍຂອງວັດສະດຸ cathode ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງແມ່ນຫນຶ່ງໃນເຫດຜົນສໍາລັບການທໍາລາຍຄວາມອາດສາມາດຫມໍ້ໄຟ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນມີຜົນກະທົບຫຼາຍຕໍ່ການປະຕິບັດວົງຈອນແລະການເກັບຮັກສາຫມໍ້ໄຟໃນອຸນຫະພູມສູງ. ການລະລາຍຂອງໂລຫະການປ່ຽນແປງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສະເພາະໃດຫນຶ່ງແມ່ນບັນຫາທີ່ມີຢູ່ໃນວັດສະດຸ LiMO2 cathode ທັງຫມົດ. ສາເຫດຫຼັກທີ່ເຮັດໃຫ້ການລະລາຍຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໄດ້ເຮັດໃຫ້ເກີດການເສື່ອມສະພາບຂອງປະສິດທິພາບຂອງແບັດເຕີຣີແມ່ນ: $\\textcircled{1}$ ການລະລາຍຂອງອົງປະກອບໂລຫະໂດຍກົງເຮັດໃຫ້ການຫຼຸດຜ່ອນວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໄດ້, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການສູນເສຍຄວາມອາດສາມາດຂອງຫມໍ້ໄຟ; $\\textcircled{2}$ ການລະລາຍຂອງວັດສະດຸ cathode ເຮັດໃຫ້ເກີດການເສື່ອມໂຊມຂອງໂຄງສ້າງວັດສະດຸ ແລະການສ້າງສານທີ່ບໍ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທາງເຄມີຢູ່ດ້ານຂອງອະນຸພາກ, ເຊິ່ງຂັດຂວາງການຂົນສົ່ງຂອງ lithium ion ໃນວັດສະດຸ electrode; $\\textcircled{3}$ ທາດລະລາຍຂອງໂລຫະທີ່ບັນຈຸຢູ່ໃນ electrolyte ເຄື່ອນຍ້າຍໄປສູ່ anode ໃນ electrolyte ແລະຝາກເທິງຫນ້າ anode ໃນຮູບແບບຂອງໂລຫະຫຼືເກືອພາຍໃຕ້ທ່າແຮງຕ່ໍາ, ແລະເງິນຝາກເຫຼົ່ານີ້ມີຜົນກະທົບຄວາມຫມັ້ນຄົງແລະຄວາມຫນາຂອງຮູບເງົາ SEI ເທິງ anode, ນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມທະວີການ polarization ດ້ານ electrode ແລະຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນຫມໍ້ໄຟເພີ່ມຂຶ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ຜົນກະທົບຂອງການລະລາຍຂອງວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຢູ່ໃນ electrolyte ບໍ່ພຽງແຕ່ມາຈາກການລະລາຍ, ແຕ່ຍັງມາຈາກຜົນກະທົບທາງລົບຫຼາຍທີ່ນໍາເອົາໂດຍການລະລາຍຂອງໂລຫະການປ່ຽນແປງ.
ການບໍລິໂພກຂອງ Lithium Ions
ໃນການອອກແບບຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion, ຄວາມອາດສາມາດຂອງຫມໍ້ໄຟໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຫຼາຍກ່ວາຂອງ cathode ເລັກນ້ອຍ, ແລະ lithium ion ລີໄຊເຄິນໄດ້ຖືກສະຫນອງໂດຍ cathode. ດັ່ງນັ້ນ, intercalation ປີ້ນກັບກັນແລະ deintercalation ຂອງ lithium ions ລະຫວ່າງ cathode ແລະ anode ກໍານົດຄວາມອາດສາມາດຫມໍ້ໄຟ. ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟຄັ້ງທໍາອິດແລະການໄຫຼອອກ, ຮູບເງົາ SEI ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນດ້ານ anode. ອົງປະກອບຕົ້ນຕໍຂອງຮູບເງົາ passivation ນີ້ແມ່ນສານອະນົງຄະທາດຕ່າງໆເຊັ່ນ: Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH ແລະອົງປະກອບທາງອິນຊີຕ່າງໆເຊັ່ນ ROCO2Li, ROLi, ແລະ (ROCO2)2Li. ດັ່ງນັ້ນ, ບາງສ່ວນຂອງ lithium ions ຖືກບໍລິໂພກ, ແລະການສູນເສຍຄວາມສາມາດນີ້ແມ່ນ irreversible. ປະສິດທິພາບຂອງ anode ແມ່ນມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງສູງກັບ morphology ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຟິມ SEI, ແລະຄວາມສາມາດໃນການປະກອບເປັນຟິມ SEI ທີ່ຫມັ້ນຄົງໃນດ້ານ anode ມີຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ມີ{12}}ການລະເລີຍປະສິດທິພາບຫມໍ້ໄຟ. ການສ້າງຕັ້ງຂອງຮູບເງົາ SEI ບໍລິໂພກ lithium ions ຈໍາກັດໃນຫມໍ້ໄຟ. ຖ້າຮູບເງົາ SEI ໄດ້ຮັບຄວາມເສຍຫາຍຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນລະຫວ່າງຮອບວຽນ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ປະຕິກິລິຍາຜຸພັງຢູ່ທີ່ການໂຕ້ຕອບ anode / electrolyte ຈະເກີດຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງເພື່ອສ້າງເປັນຮູບເງົາ SEI ໃຫມ່. ຂະບວນການນີ້ບໍລິໂພກ lithium ions ຈໍາກັດທີ່ສະຫນອງໂດຍ cathode ໃນລະບົບ, ແລະການຫຼຸດລົງຂອງ lithium ions ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວນໍາໄປສູ່ການທໍາລາຍຄວາມສາມາດ. ການຫຼຸດລົງຂອງ lithium ions ໃນ electrolyte ນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງ conductivity ຂອງ electrolyte, ແລະການສູນເສຍຂອງ lithium ions ໃນວັດສະດຸ cathode ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມບໍ່ສົມດຸນລະຫວ່າງສອງ electrodes ຂອງຫມໍ້ໄຟ.
ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງການຕໍ່ຕ້ານພາຍໃນ
ໃນລະຫວ່າງການ-ການຮອບວຽນຂອງຫມໍ້ໄຟໃນໄລຍະຍາວ, ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນແມ່ນເປັນເຫດຜົນສໍາຄັນສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສາມາດ. ມີຫຼາຍເຫດຜົນສໍາລັບການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມາຈາກສອງດ້ານ: $\\textcircled{1}$ ປະຕິກິລິຢາ oxidation ທີ່ເກີດຂື້ນໃນການໂຕ້ຕອບ electrode / electrolyte ໃນ electrolyte ນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນດ້ານຂອງ electrode, ແລະຄວາມບໍ່ຫມັ້ນຄົງຂອງແຜ່ນ anode SEI, ການສ້າງຮູບເງົາດ້ານໃຫມ່ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນລະຫວ່າງວົງຈອນ, ແລະອື່ນໆ, ທັງຫມົດເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ polarization; $\\textcircled{2}$ ການລະລາຍຂອງທາດ ion ໂລຫະໃນ cathode ເຂົ້າໄປໃນ electrolyte, ແລະ ionized ionized ໂລຫະທີ່ລະລາຍເຄື່ອນຍ້າຍໄປສູ່ anode ຜ່ານ electrolyte ແລະຝາກເທິງ anode ໃນຮູບແບບຂອງໂລຫະຫຼືເກືອ, ເຮັດໃຫ້ electrode polarization ເພີ່ມຂຶ້ນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ການຄົ້ນຄວ້າຍັງໄດ້ພິສູດວ່າການກັດກ່ອນຂອງຕົວເກັບລວບລວມໃນປະຈຸບັນຍັງສາມາດນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ແຕ່ຜົນກະທົບນີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງຫນ້ອຍພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຂອງ pretreatment ຂອງຕົວເກັບປະຈຸ. ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນເຮັດໃຫ້ການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານແລະຄວາມອາດສາມາດ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນສໍາລັບ anode, ປະຕິກິລິຍາທີ່ເກີດຂື້ນໃນການໂຕ້ຕອບຂອງ electrode / electrolyte ແມ່ນເຫດຜົນຕົ້ນຕໍສໍາລັບການ aging anode.
