Kateri dejavniki bodo vplivali na življenjsko dobo litijeve baterije?

Življenjska doba litijeve baterije je indeks, na katerega je treba biti pozoren pri uporabi litij-ionske baterije. Na splošno na življenjsko dobo litij-ionskih baterij vplivata predvsem dva dejavnika:

1) čas storitve;
2) Število ciklov.

Glede na stopnjo razpada litij-ionske baterije lahko stopnjo razpada baterije razdelimo na zgodnjo linearno stopnjo razpada in pozno nelinearno stopnjo razpada. Značilnost nelinearnega procesa upadanja je, da se kapaciteta baterije v kratkem času močno zmanjša, kar običajno imenujemo potapljanje zmogljivosti, kar je zelo neugodno za uporabo baterije in uporabo stopnic.

V poskusu je Simon F. Schuster uporabil baterijo IHR20250A podjetja E-One Moli Energy. Material katode je material NMC, material anode je grafit, nazivna kapaciteta pa je 1,95 Ah. Analizirani so bili učinki napetostnega okna, hitrosti polnjenja, hitrosti praznjenja in temperature na nelinearno slabljenje baterije. Posebna poskusna ureditev je prikazana v naslednji tabeli.

Glavni rezultati so naslednji:

1. Vpliv okna delovne napetosti na rast negativnih filmov SEI je v tem, da se zaradi širokega elektrokemičnega okna poveča raztapljanje pozitivnih prehodnih kovinskih elementov in raztopljeni prehodni kovinski elementi migrirajo na površino negativne elektrode, kar pospeši rast filmov prehodnih kovin negativne elektrode. Rezultati kažejo, da kinetični pogoji negativne elektrode pospešijo razpad litija, zato obarjanje litija v negativni elektrodi vnaprej povzroči zgodnejši nelinearni razpad.
2. Vpliv razmerja praznjenja naboja

Ker je nelinearno slabljenje litij-ionske baterije v glavnem posledica obarjanja kovinskega litija na površini negativne elektrode, je tok praznjenja tesno povezan s pojavom nelinearnega slabljenja litij-ionske baterije. Najvplivnejši dejavnik je polnilni tok baterije. Baterija, napolnjena s hitrostjo 1 C, kaže nelinearni trend slabljenja skoraj od začetka, če pa zmanjšamo polnilni tok na 0,5 C, je časovno vozlišče baterije nelinearno razpadlo, kar bo močno zakasnjeno. Vpliv toka praznjenja na nelinearno slabljenje baterije lahko skoraj zanemarimo. To je predvsem zato, ker se polarizacija negativne elektrode znatno poveča s povečanjem polnilnega toka, kar povzroči znatno povečanje tveganja sproščanja litija iz negativne elektrode. Oborjena porozna kovinska kovina spodbuja razgradnjo elektrolita in pospešuje. Poslabšanje dinamične zmogljivosti negativne elektrode povzroči zgodnji pojav nelinearnega razpada.

3. Vpliv temperature

Temperatura ima zelo pomemben vpliv na dinamične karakteristike negativne elektrode, zato ima temperatura pomemben vpliv tudi na čas pojavljanja nelinearnega slabljenja batnice.
Baterija pri ciklu 35 °C ima najkasneje nelinearni upad. Če napetostno okno baterije zmanjšamo na 3,17–4,11 V, je stopnja razpada baterije pri 35 °C in 50 °C v zgodnjem obdobju relativno dosledna, ob koncu življenjske dobe pa baterija pri 35 °C C začne kazati nelinearni upad. To je predvsem posledica poslabšanja kinetičnih pogojev baterije pri nizkih temperaturah, zaradi česar je katodo lažje analizirati kot litij, s čimer se pospeši rast filma sei, kar vodi do nadaljnjega poslabšanja kinetičnih pogojev katode, kar vodi v nelinearni upad zgodnjih litij-ionskih baterij.