Шта је механизам смањења капацитета батерије?
Промена у структури материјала
Тренутно најчешће коришћени катодни материјали углавном укључују хексагоналну слојевиту структуру ЛиМО2 (где је М=Цо, Ни, Мн), спинелну структуру ЛиМн2О4 и оливин структуру ЛиФеПО4. Без обзира на структуру, када се литијум јони деинтеркалирају са катоде, да би се одржало електрично стање у материјалу, метални елемент се неизбежно оксидује у више валентно стање, што је праћено процесом фазног прелаза. Фазни прелази често доводе до фазних померања, тако да се литијум јони континуирано интеркалирају и деинтеркалирају у материјалу, промена фазе се наставља и дугорочно ће представљати претњу стабилности кристала. У поређењу са анодом, неједнак реверзибилни капацитет узрокован фазним помацима и променама у структури масе катодног материјала има значајан утицај на век трајања батерије. Графит има слојевиту структуру. Када је дебео неколико слојева, литијум јони се интеркалирају у међуслојеве током пуњења батерије и комбинују се са електронима транспортованим из спољашњег кола да би формирали литирани графит, а међуслојни размак се у овом тренутку повећава; током пражњења, литијум јони напуштају графитне међуслојеве и ослобађају електроне у спољашње коло, пролазећи кроз реакцију деинтеркалације и оксидације, а међуслојни размак се у овом тренутку смањује.
Растварање активног материјала
Растварање катодног материјала се односи на процес где се активни материјал постепено смањује услед корозије у електролиту. Растварање катодног материјала на високим температурама један је од разлога опадања капацитета батерије, посебно што има већи утицај на перформансе циклуса и перформансе складиштења батерија на високим температурама. Растварање прелазних метала под одређеним условима је проблем који постоји у свим ЛиМО2 катодним материјалима. Главни разлози због којих растварање активног материјала доводи до погоршања перформанси батерије су: $\\тектцирцлед{1}$ Растварање металних елемената директно доводи до смањења активног материјала, узрокујући губитак капацитета батерије; $\\тектцирцлед{2}$ Растварање катодног материјала изазива деградацију структуре материјала и формирање хемијски неактивних супстанци на површини честица, што отежава транспорт литијум јона у материјалу електроде; $\\тектцирцлед{3}$ Солватирани метални јони садржани у електролиту мигрирају ка аноди у електролиту и таложе се на површини аноде у облику метала или соли под ниским потенцијалом, а ови депозити неизбежно утичу на стабилност и дебљину СЕИ филма на површини аноде, што доводи до повећаног отпора унутрашње површине батерије електроде и повећане поларизације површине батерије. Према томе, ефекат растварања активног материјала на електролит не долази само од растварања, већ и од више штетних ефеката изазваних растварањем прелазних метала.
Потрошња литијум јона
У дизајну литијум{0}}јонских батерија, капацитет батерије је генерално нешто већи од капацитета катоде, а литијум јоне који се могу рециклирати такође обезбеђује катода. Стога, реверзибилна интеркалација и деинтеркалација литијум јона између катоде и аноде одређују капацитет батерије. Током првог процеса пуњења и пражњења, СЕИ филм се формира на површини аноде. Главне компоненте овог пасивизационог филма су различите неорганске супстанце као што су Ли2ЦО3, ЛиФ, Ли2О, ЛиОХ и разне органске компоненте као што су РОЦО2Ли, РОЛи и (РОЦО2)2Ли. Тако се троше неки литијум јони, а овај губитак капацитета је неповратан. Перформансе аноде су у великој мери повезане са морфологијом и стабилношћу СЕИ филма, а способност формирања стабилног СЕИ филма на површини аноде нема-занемарљив утицај на перформансе батерије. Формирање СЕИ филма троши ограничене литијум-јоне у батерији. Ако се СЕИ филм континуирано оштећује током циклуса, онда ће се реакција оксидације на интерфејсу анода/електролит континуирано одвијати да би се формирао нови СЕИ филм. Овај процес троши ограничене литијумове јоне које обезбеђује катода у систему, а смањење активних литијум јона доводи до пада капацитета. Смањење литијум јона у електролиту доводи до смањења проводљивости електролита, а губитак литијум јона у материјалу катоде изазива неравнотежу између две електроде батерије.
Повећање унутрашњег отпора
Током-дуготрајног циклуса батерије, повећање унутрашњег отпора је такође важан разлог за смањење капацитета. Постоји много разлога за повећање унутрашњег отпора, углавном из два аспекта: $\\тектцирцлед{1}$ Реакција оксидације која се дешава на интерфејсу електрода/електролит у електролиту доводи до повећања отпора површинског филма електроде и нестабилности анодног СЕИ филма, непрекидно формирајући нове површинске филмове, повећавајући унутрашњи отпор батерије током циклуса итд.; итд. $\\тектцирцлед{2}$ Растварање металних јона на катоди у електролит, а растворени јонизовани метални јони мигрирају на аноду кроз електролит и таложе се на површини аноде у облику метала или соли, што доводи до повећане поларизације електроде. Поред тога, истраживања су такође доказала да корозија струјног колектора такође може довести до повећања унутрашњег отпора, али је овај ефекат релативно мали под претпоставком претходног третмана струјног колектора. Повећање унутрашњег отпора доводи до смањења густине енергије и капацитета, посебно за аноду, реакција која се дешава на интерфејсу електрода/електролит је главни разлог за старење аноде.
