Pendant le cycle à cycle long, la capacité réversible du Batterie aux ions lithium va continuer à 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 batterie dégradation de la capacité et court-circuit interne.

Dans la continuité de notre dernier article technique, nous allons maintenant expliquer plus en détail ce phénomène ci-dessous :

A partir de l'étude des batteries Li-Cu, l'auteur espère prouver que les batteries Li-graphite peuvent également subir une réaction d'évolution du lithium à un potentiel supérieur à 0 V (vs Li0/Li+). Afin de minimiser les effets de la cinétique, les chercheurs ont réduit le courant constant appliqué à -10 mA (environ C/25). Les trois plates-formes de tension de la figure 4B correspondent à différents étages d'insertion de lithium du graphite. Au dernier étage de la troisième plate-forme de tension, le dispositif de chauffage est allumé (figure 4C) et la tension de la batterie augmente rapidement en raison de l'augmentation du potentiel de l'électrode d'équilibre et de la réduction du potentiel. Alors que la réaction d'intercalation graphite-lithium se poursuivait, la tension a commencé à chuter. Lorsque la tension chute à 25 mV, la pente de la courbe de tension chute de manière significative (comme le montre la figure 4E), ce qui est complètement différent de la courbe de charge du graphite non chauffé, ce qui peut signifier que les ions lithium commencent à se déposer et à précipiter le lithium métal. Lorsque la tension chute à 15 mV, le courant appliqué est supprimé (la flèche grise sur la figure 4B). A ce moment, la tension augmente brutalement jusqu'à 72 mV en raison de l'augmentation de la concentration en ions lithium entre les particules de graphite et dans l'électrolyte. Cela est dû à la dissolution du lithium et à l'intercalation supplémentaire du lithium dans la partie d'intercalation incomplète entre les couches de graphite. Une fois que la tension s'est stabilisée à 85 mV, le courant constant est réappliqué pendant un certain temps, puis supprimé à nouveau, de manière cyclique. Pendant tout le processus, le potentiel de l'électrode en graphite reste toujours supérieur à 0 V (vs Li0/Li+). On peut voir à partir de la courbe de température de la figure 4D que la tendance du changement de température du système est très similaire à celle de l'électrode Li-Cu. La raison de la chute de température est la dissipation de chaleur causée par le dépôt de lithium métal. Lorsque le courant appliqué est supprimé, la dissolution et l'intercalation supplémentaire de lithium entre les couches de graphite font augmenter la température de la batterie. Après l'expérience, la précipitation de lithium métallique peut également être observée dans la zone centrale de la pièce polaire en graphite, confirmant que la répartition inégale de la température à l'intérieur du batterie peut en effet faire subir à l'anode en graphite une précipitation de lithium à un potentiel supérieur à 0 V (vs. Li0/Li+).

Figure 5. Evolution du lithium sur anode en graphite dans des conditions de charge rapide

(c) Dans des conditions de chauffage, la photo de l'électrode négative en graphite après une charge rapide, la zone centrale est entièrement intercalée avec du lithium et le phénomène de dégagement de lithium se produit.