1. SEI filmi reformimine ja liitiumi aktiivne tarbimine
Kuigi kõrgel -temperatuuril vananemine (45 kraadi) pärast moodustumist hõlbustab jääkliitiumi täielikku interkalatsiooni ja vähendab reageerimata metallilist liitiumi anoodi pinnal, kulub selle protsessi käigus paratamatult aktiivset liitiumi.
Kõrgel temperatuuril{0}}vanandamisel toimub tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) kile ümberkujunemine ja stabiliseerumine. Algselt moodustunud SEI sisaldab ebastabiilseid orgaanilisi komponente (nt ROCOLi), mis lagunevad kõrgel temperatuuril ja muutuvad stabiilsemateks anorgaanilisteks liikideks (nt Li₂CO₃), vabastades samal ajal gaase nagu CO ja tekitades kile struktuurilisi defekte. See reaktsioon tarbib aktiivseid liitiumioone ja vähendab pöörduva liitiumi varu, alandades otseselt esimest kuloni efektiivsust.
2. Elektrolüütide kõrvalreaktsioonide süvenemine
Kõrge temperatuur kiirendab elektrolüütide lagunemist, eriti katoodi ja anoodi liidestes. Lahustimolekulid (nt EC, DEC) võivad koos liitiumioonidega interkaleeruda grafiidi vahekihtideks, käivitades grafiidi koorimise ja tekitades uusi SEI-kilesid, mis kahandavad aktiivset liitiumi veelgi.
Kirjandus näitab, et elektrolüütide lagunemise kõrvalreaktsioonid suurenevad märkimisväärselt, kui vananemine ületab 24 tundi. See vähendab vaba vedela elektrolüüdi kogust, tekitades samal ajal pöördumatuid kõrvalsaadusi, mille tulemuseks on madalam esimese kuloni efektiivsus.
3. Liitiumi sadestumine ja interkalatsiooni kineetika
Pärast moodustumist kõrgel temperatuuril{0}}vananemise ajal jätkavad liitiumioonid, mis ei suuda täielikult grafiidiks interkaleeruda, rändamist ja kinnitumist anoodile. Sellegipoolest võib osa liitiumist ladestuda pöördumatul kujul, nagu liitiumdendriitid või surnud liitium, vähendades pöörduva liitiumi kogust. Pikaajaline vananemine kõrgel-temperatuuril soodustab liitiumi interkalatsiooni, kuid liigne täiendav liitiumi säilitamine või liiga pikad vananemisperioodid põhjustavad aktiivse liitiumi puhaskadu.
4. Sisetakistus ja polarisatsiooniefektid
Liiga pikaajaline vananemine kõrgel{0}}temperatuuril võib suurendada aku sisemist takistust. Kui pikendatud vananemine parandab elektrolüütide märgumist, siis LiPF₆ laguneb kuumuse käes, tekitades LiF-i, mis sadestub elektroodide pindadele ja tõstab liidese takistust. Kõrgem sisetakistus intensiivistab polarisatsiooni laadimise ja tühjenemise ajal, vähendades praktiliselt tarnitavat võimsust ja halvendades esimest kuloni efektiivsust.
5. Järeldus
Kõrgel -temperatuuril vananemise kestus vähendab esimest kuloni efektiivsust peamiselt kolmel viisil: SEI reformatsioonist tingitud liitiumi tarbimine, elektrolüütide süvenenud kõrvalreaktsioonid ja pöördumatu liitiumi sadestumine.
