آليات التدهور

لماذا تضعف البطاريات. اسحب منزلق الدورات أو اضغط تشغيل لمشاهدة تطور أربع آليات شائعة. توصف كل آلية مع نمط التدهور الذي تسببه: فقدان مخزون الليثيوم، أو فقدان المادة الفعالة، أو ارتفاع المقاومة.

دورات الشحن والتفريغ150

نمو طبقة SEI

فقدان الليثيوم القابل للتدوير · ارتفاع المقاومة

تتكون طبقة الطور البيني للإلكتروليت الصلب (SEI) على الأنود عندما يُختزل الإلكتروليت. وهي تحمي الأنود لكنها تواصل النمو ببطء، مستهلكةً الليثيوم والإلكتروليت.

المسبِّب: ارتفاع درجة الحرارة، وارتفاع حالة الشحن، والتخزين الطويل.
الأثر: يُفقد جزء من الليثيوم القابل للتدوير وتزداد مقاومة الطور البيني: تنخفض السعة وتضعف القدرة.
التخفيف: إضافات للإلكتروليت تكوّن طبقة SEI أرق وأكثر استقرارًا؛ ودرجات حرارة وحالات شحن معتدلة.

المصادر: [51] Peled et al. (1979) · [52] Vetter et al. (2005) · [53] Birkl et al. (2017)

ترسب الليثيوم والتغصنات

فقدان الليثيوم القابل للتدوير · خطر على السلامة

عندما تصل أيونات Li⁺ إلى الغرافيت أسرع مما يمكنها الانقحام بين طبقاته، يترسب الليثيوم على السطح في صورة فلزية. ويمكن لهذا الليثيوم الفلزي أن ينمو على شكل تغصنات متفرعة.

المسبِّب: الشحن السريع، ودرجات الحرارة المنخفضة، وارتفاع حالة الشحن.
الأثر: يُفقد جزء من الليثيوم المترسب نهائيًا؛ والتغصنات التي تخترق الفاصل قد تُحدث دارة قصيرة في الخلية.
التخفيف: الحد من معدل الشحن في البرد، وتوفير سعة زائدة للأنود، واستعمال إلكتروليتات صلبة تمنع التغصنات.

المصادر: [43] Lin et al. (2017) · [54] Waldmann et al. (2018)

تشقق الجسيمات

فقدان المادة الفعالة · ارتفاع المقاومة

يتغير حجم الكاثودات الطبقية الغنية بالنيكل بشكل غير متجانس عند خروج الليثيوم ثم عودته. وتفتح هذه الإجهادات المتكررة شقوقًا دقيقة بين الحبيبات الأولية لكل جسيم.

المسبِّب: محتوى مرتفع من النيكل، وشحن عميق عند جهد مرتفع.
الأثر: يتسرب الإلكتروليت إلى الشقوق، وتتفاعل الأسطح الجديدة، وتفقد بعض الشظايا اتصالها: تنخفض السعة أسرع في الأصناف الأغنى بالنيكل.
التخفيف: طلاءات واقية، وجسيمات أحادية البلورة، وتجنب أعلى جهود الشحن.

المصادر: [39] Ryu et al. (2018) · [53] Birkl et al. (2017)

ذوبان الفلزات الانتقالية

فقدان المادة الفعالة · تسارع نمو SEI

يذوب المنغنيز ببطء من الكاثود، ويعبر الإلكتروليت في صورة Mn²⁺، لينتهي في طبقة SEI على الأنود.

المسبِّب: ارتفاع درجة الحرارة؛ والكاثودات القائمة على المنغنيز مثل LiMn₂O₄.
الأثر: يفقد الكاثود جزءًا من مادته الفعالة، ويسرّع المنغنيز الموجود في SEI نموها، فيُحتجز مزيد من الليثيوم.
التخفيف: طلاءات سطحية، وإضافات للإلكتروليت، وتجنب درجات الحرارة المرتفعة.

المصادر: [52] Vetter et al. (2005) · [55] Zhan et al. (2013)

الرسوم تخطيطية: يبيّن منزلق الدورات كيف تتقدم كل آلية، لا سرعة مقيسة. وتعتمد السرعة الحقيقية للتدهور بشدة على الكيمياء ودرجة الحرارة ومعدل الشحن ونافذة الجهد.