Pendant le cycle long, la capacité réversible de la batterie lithium-ion continuera de diminuer en raison de la réduction des matières actives, de la précipitation du lithium métallique, de la consommation continue d'électrolyte, de l'augmentation de la résistance interne et de l'emballement thermique.Parmi eux, le phénomène d'évolution du lithium de l'électrode négative en graphite est la cause la plus importante de la dégradation de la capacité de la batterie et du court-circuit interne.

Dans l'article précédent, nous avons partagé un schéma de principe de la structure d'une pile bouton Li-Cu.Un petit dispositif de chauffage Pt est placé sur le substrat pour chauffer une zone locale dans la batterie.Le dispositif de chauffage a été éteint dans la phase initiale de l'expérience, et le courant négatif correspondant a été attribué au processus de charge de la double couche électrique à la surface de la feuille de Cu et au processus de formation de SEI.Le potentiel électrique est utilisé pour surmonter la barrière de nucléation du lithium métal, et la réaction d'évolution du lithium ne se produira pas.Une fois l'appareil de chauffage allumé, la puissance de sortie est de 80 mV et l'augmentation soudaine du courant peut être observée lorsque la température est élevée à 55°C.Ensuite, lorsque la température continue d'augmenter jusqu'à 95°C, le courant augmente encore jusqu'à 10 mA.Après l'expérience, des morceaux d'argent sont apparus dans la zone centrale des flocons de Cu.La caractérisation SEM et XRD a confirmé que le matériau d'argent était du lithium métallique déposé sur les flocons de Cu en raison de l'homogénéité de la température.

Afin d'analyser quantitativement les résultats observés dans l'expérience, l'auteur utilise COMSOL pour simuler et analyser la thermodynamique de la batterie.La figure 3A-D est la simulation de température à l'intérieur de la pile bouton.La température la plus élevée dans la zone centrale de l'électrode Cu est de 97,4 °C, et elle décroît rapidement à partir de la direction radiale.La température de l'interface entre la feuille de Cu et l'électrolyte est de 55,4 °C et la température de la feuille de Li de la contre-électrode est de 55,4 °C.En dessous de 22,6 °C, on peut voir sur la figure 3E que lorsque le dépôt de lithium se produit, la température dans la zone centrale chute à 92,3 °C, ce qui est cohérent avec l'observation expérimentale que la température au stade 3 gouttes de 95 °C à 93 °C.La baisse de température est due à la bonne conductivité thermique du lithium métal déposé en surface, ce qui favorise la dissipation de la chaleur.Ces résultats indiquent que le dépôt de lithium métal peut être connu in situ en détectant la température.À partir de la figure 3I, un courant négatif évident peut être observé sur l'électrode de travail, ce qui confirme que la réaction de réduction des ions lithium en lithium métal s'est produite dans cette région.Le degré élevé de concordance entre les résultats expérimentaux et la simulation prouve que la distribution inégale de la température aura un impact significatif sur le processus d'évolution du lithium.

(H-L) Simulation de la répartition de la température dans diverses parties de la batterie avant le dépôt de lithium métal ;

Conclusion:

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