Trong chu kỳ dài hạn, khả năng thuận nghịch của pin lithium-ion sẽ tiếp tục giảm do sự giảm của các vật liệu hoạt động, sự kết tủa của kim loại liti, sự tiêu thụ liên tục của chất điện phân, sự gia tăng của điện trở bên trong và sự chạy trốn nhiệt. Trong số đó, hiện tượng tiến hóa liti của điện cực âm than chì là nguyên nhân quan trọng nhất của pin suy giảm công suất và ngắn mạch bên trong.

Tiếp tục từ bài viết kỹ thuật cuối cùng của chúng tôi, bây giờ chúng tôi sẽ giải thích thêm về hiện tượng này bên dưới:

Dựa trên nghiên cứu về pin Li-Cu, tác giả hy vọng sẽ chứng minh được rằng pin Li-graphite cũng có thể trải qua phản ứng tiến hóa lithium ở điện thế cao hơn 0 V (so với Li0 / Li +). Để giảm thiểu ảnh hưởng của động học, các nhà nghiên cứu đã giảm dòng điện không đổi được áp dụng xuống -10 mA (khoảng C / 25). Ba nền tảng điện áp trong Hình 4B tương ứng với các giai đoạn chèn liti khác nhau của graphit. Ở giai đoạn cuối cùng của nền tảng điện áp thứ ba, thiết bị sưởi được bật (Hình 4C), và điện áp của pin tăng nhanh do sự tăng của thế điện cực cân bằng và sự giảm so với điện thế. Sau đó, khi phản ứng xen phủ liti graphit tiếp tục, điện áp bắt đầu giảm. Khi điện áp giảm xuống 25 mV, độ dốc của đường cong điện áp giảm đáng kể (như trong Hình 4E), hoàn toàn khác với đường cong sạc graphite không được làm nóng, có thể có nghĩa là các ion liti bắt đầu lắng đọng và kết tủa kim loại liti. Khi điện áp giảm xuống còn 15 mV, dòng điện đặt vào sẽ bị loại bỏ (mũi tên màu xám trong hình 4B). Lúc này hiệu điện thế đột ngột tăng lên 72 mV do nồng độ các ion liti giữa các hạt graphit và trong chất điện phân tăng lên. Điều này là do sự hòa tan của liti và sự xen phủ của liti trong phần xen phủ không hoàn toàn giữa các lớp graphit. Sau khi điện áp ổn định đến 85 mV, dòng điện không đổi được đặt lại trong một khoảng thời gian rồi lại loại bỏ theo chu kỳ. Trong toàn bộ quá trình, điện thế của điện cực graphit luôn duy trì trên 0 V (so với Li0 / Li +). Có thể thấy từ đường cong nhiệt độ trong Hình 4D rằng xu hướng thay đổi nhiệt độ của hệ thống rất giống với xu hướng thay đổi nhiệt độ của điện cực Li-Cu. Lý do cho sự giảm nhiệt độ là sự tản nhiệt gây ra bởi sự lắng đọng của kim loại liti. Khi dòng điện áp dụng bị loại bỏ, sự hòa tan và sự xen kẽ của lithium giữa các lớp graphit làm cho nhiệt độ của pin tăng lên. Sau thí nghiệm, sự kết tủa của liti kim loại cũng có thể được nhìn thấy ở khu vực trung tâm của mảnh cực graphit, xác nhận rằng sự phân bố nhiệt độ không đồng đều bên trong pin thực sự có thể khiến cực dương graphit trải qua phản ứng kết tủa liti ở điện thế cao hơn 0 V (so với phản ứng Li0 / Li +).

Hình 5. Sự phát triển của liti trên cực dương graphit trong điều kiện sạc nhanh

(c) Trong điều kiện nung nóng, ảnh của điện cực âm graphit sau khi sạc nhanh, vùng trung tâm liên kết hoàn toàn với liti và xảy ra hiện tượng biến thiên.