Apakah Mekanisme Penurunan Kapasiti Bateri?
Perubahan dalam Struktur Bahan
Bahan katod yang paling banyak digunakan pada masa ini terutamanya termasuk struktur berlapis heksagon LiMO2 (di mana M=Co, Ni, Mn), struktur spinel LiMn2O4 dan struktur olivin LiFePO4. Tanpa mengira strukturnya, apabila ion litium menyahinterkalasi daripada katod, untuk mengekalkan keadaan elektrik dalam bahan, unsur logam tidak dapat dielakkan teroksida kepada keadaan valens yang lebih tinggi, yang disertai dengan proses peralihan fasa. Peralihan fasa selalunya membawa kepada peralihan fasa, jadi apabila ion litium terus interkalasi dan deinterkalate dalam bahan, perubahan fasa berterusan, dan dalam jangka masa panjang, ia akan menimbulkan ancaman kepada kestabilan kristal. Berbanding dengan anod, kapasiti boleh balik yang tidak sama rata yang disebabkan oleh peralihan fasa dan perubahan dalam struktur pukal bahan katod mempunyai kesan yang ketara ke atas hayat bateri. Grafit mempunyai struktur berlapis. Apabila ia adalah beberapa lapisan tebal, ion litium berinterkalasi ke dalam interlayer semasa pengecasan bateri dan bergabung dengan elektron yang diangkut dari litar luaran untuk membentuk grafit berlitium, dan jarak interlayer meningkat pada masa ini; semasa nyahcas, ion litium meninggalkan interlayer grafit dan melepaskan elektron ke litar luar, menjalani reaksi penyahinterkalaan dan pengoksidaan, dan jarak interlayer berkurangan pada masa ini.
Pelarutan Bahan Aktif
Pelarutan bahan katod merujuk kepada proses di mana bahan aktif berkurangan secara beransur-ansur akibat pengaratan dalam elektrolit. Pembubaran bahan katod pada suhu tinggi adalah salah satu sebab untuk pereputan kapasiti bateri, terutamanya mempunyai kesan yang lebih besar terhadap prestasi kitaran dan prestasi penyimpanan bateri pada suhu tinggi. Pembubaran logam peralihan dalam keadaan tertentu adalah masalah yang wujud dalam semua bahan katod LiMO2. Sebab utama mengapa pembubaran bahan aktif membawa kepada kemerosotan prestasi bateri ialah: $\\textcircled{1}$ Pelarutan unsur logam secara langsung membawa kepada pengurangan bahan aktif, menyebabkan kehilangan kapasiti bateri; $\\textcircled{2}$ Pelarutan bahan katod menyebabkan kemerosotan struktur bahan dan pembentukan bahan tidak aktif secara kimia pada permukaan zarah, yang menghalang pengangkutan ion litium dalam bahan elektrod; $\\textcircled{3}$ Ion logam terlarut yang terkandung dalam elektrolit berhijrah ke anod dalam elektrolit dan mendapan pada permukaan anod dalam bentuk logam atau garam di bawah potensi rendah, dan mendapan ini tidak dapat tidak menjejaskan kestabilan dan ketebalan filem SEI pada permukaan anod, yang membawa kepada peningkatan polarisasi permukaan elektrod dan peningkatan rintangan dalaman bateri. Oleh itu, kesan pembubaran bahan aktif pada elektrolit bukan sahaja datang daripada pembubaran tetapi juga daripada lebih banyak kesan buruk yang ditimbulkan oleh pembubaran logam peralihan.
Penggunaan Ion Litium
Dalam reka bentuk bateri-ion litium, kapasiti bateri biasanya lebih sedikit daripada katod, dan ion litium yang boleh dikitar semula juga disediakan oleh katod. Oleh itu, interkalasi boleh balik dan penyahinterkalaan ion litium antara katod dan anod menentukan kapasiti bateri. Semasa proses cas dan nyahcas pertama, filem SEI terbentuk pada permukaan anod. Komponen utama filem pempasifan ini adalah pelbagai bahan bukan organik seperti Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH dan pelbagai komponen organik seperti ROCO2Li, ROLi, dan (ROCO2)2Li. Oleh itu, beberapa ion litium digunakan, dan kehilangan kapasiti ini tidak dapat dipulihkan. Prestasi anod sangat berkaitan dengan morfologi dan kestabilan filem SEI, dan keupayaan untuk membentuk filem SEI yang stabil pada permukaan anod mempunyai kesan yang tidak{12}}boleh diabaikan pada prestasi bateri. Pembentukan filem SEI menggunakan ion litium terhad dalam bateri. Jika filem SEI rosak secara berterusan semasa kitaran, maka tindak balas pengoksidaan pada antara muka anod/elektrolit akan terus berlaku untuk membentuk filem SEI baharu. Proses ini menggunakan ion litium terhad yang disediakan oleh katod dalam sistem, dan pengurangan ion litium aktif membawa kepada pereputan kapasiti. Pengurangan ion litium dalam elektrolit membawa kepada penurunan kekonduksian elektrolit, dan kehilangan ion litium dalam bahan katod menyebabkan ketidakseimbangan antara dua elektrod bateri.
Peningkatan Rintangan Dalaman
Semasa-kitaran jangka panjang bateri, peningkatan rintangan dalaman juga merupakan sebab penting untuk pereputan kapasiti. Terdapat banyak sebab untuk peningkatan dalam rintangan dalaman, terutamanya dari dua aspek: $\\textcircled{1}$ Tindak balas pengoksidaan yang berlaku pada antara muka elektrod/elektrolit dalam elektrolit membawa kepada peningkatan rintangan filem permukaan elektrod, dan ketidakstabilan filem SEI anod, terus membentuk filem permukaan baharu semasa kitaran, dsb., semua peningkatan rintangan dalaman; $\\textcircled{2}$ Pelarutan ion logam dalam katod ke dalam elektrolit, dan ion logam terion terlarut berhijrah ke anod melalui elektrolit dan mendapan pada permukaan anod dalam bentuk logam atau garam, mengakibatkan polarisasi elektrod meningkat. Di samping itu, penyelidikan juga telah membuktikan bahawa kakisan pengumpul semasa juga boleh membawa kepada peningkatan rintangan dalaman, tetapi kesan ini agak kecil di bawah premis prarawatan pengumpul semasa. Peningkatan rintangan dalaman membawa kepada penurunan ketumpatan tenaga dan kapasiti, terutamanya untuk anod, tindak balas yang berlaku pada antara muka elektrod/elektrolit adalah sebab utama penuaan anod.
