خلال الدورة الطويلة ، فإن القدرة العكسية لـ بطارية ليثيوم أيون سيستمر الانخفاض بسبب تقليل المواد الفعالة ، وترسيب الليثيوم المعدني ، والاستهلاك المستمر للكهارل ، وزيادة المقاومة الداخلية والهروب الحراري. من بينها ، ظاهرة تطور الليثيوم للقطب السالب من الجرافيت هي أهم سبب لتدهور قدرة البطارية وقصر الدائرة الداخلية.

من خلال المتابعة من مقالتنا الفنية الأخيرة ، سنقوم الآن بشرح المزيد حول هذه الظاهرة أدناه.

بالنسبة لنصف تفاعل A + ne- → B ، تظهر العلاقة بين معامل درجة الحرارة وإمكانات قطب التوازن في المعادلة 1 ، وتظهر التفاعلات النصفية لعملية ترسيب الليثيوم وعملية إدخال الليثيوم في الجرافيت في المعادلات 2 و 3.

من أجل قياس معامل درجة حرارة العمليتين بدقة ، صمم المؤلف خلية التحليل الكهربائي من النوع H غير متساوي الحرارة كما هو موضح في الشكل 1A. الأقطاب على كلا الجانبين عبارة عن رقائق الليثيوم أو الجرافيت ، والإلكتروليت هو 1 M LiPF6 EC / DMC ، H يتم تسخين أحد طرفي القطب من النوع بجهاز تسخين قابل لتعديل درجة الحرارة لتشكيل فرق في درجة الحرارة بين القطبين. يسجل الشكل 1B والشكل 1 C على التوالي تغيير جهد الدائرة المفتوحة (OCV) لرقائق الليثيوم والقطب المزدوج للجرافيت بمرور الوقت. كما هو مبين في الشكل ، عندما تصبح ΔV مستقرة ، فإن قيمتها تساوي جهد التوازن الكهربائي في ظل هذه الحالة. معامل درجة الحرارة لإمكانيات التوازن الكهربائي في عملية تحليل الليثيوم (1.12 ملي فولت / كلفن) ومعامل درجة الحرارة لعملية إدخال الليثيوم الجرافيت (0.97 ملي فولت / كلفن) حوالي 0.15 ملي فولت / ك (الشكل 1 د). نظرًا لأن الاختلاف في إمكانات قطب التوازن النظري بين طرد الليثيوم للإلكترود وإقحام الليثيوم للجرافيت يبلغ حوالي 80 مللي فولت ، عندما يكون توزيع درجة الحرارة الداخلية للبطارية منتظمًا ، فقط عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 500 ℃ ، من الممكن أن يحدث طرد الليثيوم في نفس الوقت أثناء عملية إقحام الليثيوم. ، من الواضح أن هذا يتعارض مع الوضع الفعلي. ولكن إذا كان توزيع درجة الحرارة الداخلية للبطارية غير منتظم ، فإن الوضع مختلف تمامًا. كما هو مبين في الشكل 1E ، يتم الاحتفاظ بمنطقة حافة القطب في درجة حرارة الغرفة ، ولا يوجد تطور لليثيوم. عندما يتم تسخين المنطقة المركزية بواسطة جهاز التسخين وترتفع درجة الحرارة بمقدار 71 كلفن ، سترتفع إمكانات تطور الليثيوم بحوالي 80 مللي فولت. في هذه المرحلة ، من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، ستكون أيونات الليثيوم أكثر ميلًا لاستخراج الليثيوم في المنطقة المركزية ذات درجة الحرارة المرتفعة بدلاً من إقحام الليثيوم في منطقة الحافة. يوضح الشكل 1F الآلية. الخط الأسود المتقطع هو إمكانات أنود الجرافيت ، والخط الأسود الصلب هو إمكانية تطور الليثيوم ، وتشير المنطقة المتقطعة باللون الرمادي إلى أن تفاعل تطور الليثيوم يمكن أن يستمر تلقائيًا في الديناميكا الحرارية. من أجل تأكيد هذه الآلية ، أجرى المؤلف أيضًا دراسة حول تطور الليثيوم في مناطق درجات الحرارة العالية المحلية على بطاريات Li-Cu و Li-graphite.

(أ) رسم تخطيطي لبطارية زر Li-Cu مع جهاز التسخين ؛