Hvað er niðurbrotskerfi rafhlöðuafkastagetu?
Breyting á efnisbyggingu
Vinsælustu bakskautsefnin sem nú eru notuð eru aðallega sexhyrnd lagskipt uppbygging LiMO2 (þar sem M=Co, Ni, Mn), spínalbygging LiMn2O4 og ólívínbygging LiFePO4. Burtséð frá uppbyggingu, þegar litíumjónir deintercalate frá bakskautinu, til að viðhalda rafmagnsástandi efnisins, er málmþátturinn óhjákvæmilega oxaður í hærra gildisástand, sem fylgir fasaskiptaferli. Fasabreytingar leiða oft til fasabreytinga, þannig að þar sem litíumjónir blandast stöðugt inn og affléttast í efninu, heldur fasabreytingin áfram og til lengri tíma litið mun það ógna kristalstöðugleikanum. Í samanburði við rafskautið hefur ójöfn afturkræf afkastageta sem stafar af fasaskiptum og breytingum á magnbyggingu bakskautsefnisins veruleg áhrif á endingu rafhlöðunnar. Grafít hefur lagskipt uppbyggingu. Þegar það er nokkur lög þykkt, blandast litíumjónir inn í millilögin við hleðslu rafhlöðunnar og sameinast rafeindum sem fluttar eru frá ytri hringrásinni til að mynda litíum grafít, og millilagabilið eykst á þessum tíma; meðan á losun stendur yfirgefa litíumjónir grafítmillilögin og losa rafeindir í ytri hringrásina, gangast undir deintercalation og oxunarviðbrögð og bilið milli laganna minnkar á þessum tíma.
Upplausn virks efnis
Upplausn bakskautsefnis vísar til þess ferlis þar sem virka efnið minnkar smám saman vegna tæringar í raflausninni. Upplausn bakskautsefnis við háan hita er ein af ástæðunum fyrir því að rafhlaðan rýrnar, sérstaklega hefur það meiri áhrif á afköst hringrásar og geymsluafköst rafhlaðna við háan hita. Upplausn umbreytingarmálma við ákveðnar aðstæður er vandamál sem er til staðar í öllum LiMO2 bakskautsefnum. Helstu ástæður þess að upplausn virks efnis leiðir til versnandi afköstum rafhlöðunnar eru: $\\textcircled{1}$ Upplausn málmþátta leiðir beint til minnkunar á virku efni, sem veldur tapi rafhlöðunnar; $\\textcircled{2}$ Upplausn bakskautsefnis veldur niðurbroti efnisbyggingar og myndun efnafræðilega óvirkra efna á yfirborði agnanna, sem hindrar flutning litíumjóna í rafskautsefninu; $\\textcircled{3}$ Uppleystu málmjónirnar sem eru í raflausninni flytjast til rafskautsins í raflausninni og setjast á yfirborð rafskautsins í formi málms eða salts undir litlum styrkleika og þessar útfellingar hafa óhjákvæmilega áhrif á stöðugleika og þykkt SEI filmunnar á rafskautsyfirborðinu, sem leiðir til aukinnar rafskautsyfirborðs skautunar og aukinnar innri viðnáms rafhlöðunnar. Þess vegna koma áhrif upplausnar virks efnis á raflausnina ekki aðeins frá upplausn heldur einnig frá skaðlegri áhrifum af völdum upplausnar umbreytingarmálma.
Neysla á litíumjónum
Í hönnun á litíum-jónarafhlöðum er afkastageta rafhlöðunnar yfirleitt aðeins meira en bakskautsins og endurvinnanlegar litíumjónir eru einnig frá bakskautinu. Þess vegna ákvarðar afturkræf millifærsla og afintercalation litíumjóna milli bakskauts og rafskauts getu rafhlöðunnar. Við fyrsta hleðslu- og losunarferlið myndast SEI filmu á yfirborði rafskautsins. Helstu þættir þessarar aðgerðarfilmu eru ýmis ólífræn efni eins og Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH og ýmsir lífrænir þættir eins og ROCO2Li, ROLi og (ROCO2)2Li. Þannig eru nokkrar litíumjónir neyttar og þetta afkastagetu tap er óafturkræft. Frammistaða rafskautsins er mjög tengd formgerð og stöðugleika SEI filmunnar og hæfileikinn til að mynda stöðuga SEI filmu á yfirborð rafskautsins hefur ó-hverfandi áhrif á afköst rafhlöðunnar. Myndun SEI filmunnar eyðir takmörkuðum litíumjónum í rafhlöðunni. Ef SEI filman er stöðugt skemmd meðan á hringrásinni stendur, þá mun oxunarviðbrögðin við rafskaut/raflausn tengið stöðugt eiga sér stað til að mynda nýja SEI filmu. Þetta ferli eyðir takmörkuðu litíumjónunum sem bakskautið í kerfinu veitir og minnkun virkra litíumjóna leiðir til afkastagetu. Minnkun litíumjóna í raflausninni leiðir til minnkunar á leiðni raflausnarinnar og tap á litíumjónum í bakskautsefninu veldur ójafnvægi milli tveggja rafskauta rafhlöðunnar.
Aukning á innri mótstöðu
Meðan á -tíma rafhlöðunnar er að keyra er aukning á innri mótstöðu einnig mikilvæg ástæða fyrir hrörnun afkastagetu. Það eru margar ástæður fyrir aukinni innri viðnám, aðallega frá tveimur hliðum: $\\textcircled{1}$ Oxunarhvarfið sem á sér stað við rafskaut/raflausn tengi í raflausninni leiðir til aukinnar yfirborðsfilmuviðnáms rafskautsins og óstöðugleika rafskauts SEI filmunnar, sem myndar stöðugt nýjar yfirborðsfilmur á meðan á skautunarhringnum stendur, o.s.frv. $\\textcircled{2}$ Upplausn málmjóna í bakskautinu í raflausnina og uppleystu jónuðu málmjónirnar flytjast til rafskautsins í gegnum raflausnina og setjast á yfirborð rafskautsins í formi málms eða salts, sem leiðir til aukinnar skautun rafskauta. Að auki hafa rannsóknir einnig sannað að tæring straumsafnarans getur einnig leitt til aukinnar innri viðnáms, en þessi áhrif eru tiltölulega lítil miðað við formeðferð straumsafnarans. Aukning innri viðnáms leiðir til lækkunar á orkuþéttleika og getu, sérstaklega fyrir rafskautið, viðbrögðin sem eiga sér stað við rafskaut/raflausn tengi er aðalástæðan fyrir öldrun rafskautsins.
