Funktionsprincippet for lithium-ion-batterier er baseret på indlejring og fjernelse af lithiumioner mellem positive og negative elektrodematerialer. I opladningstilstanden fjernes lithiumioner fra det positive elektrodemateriale og migrerer til den negative elektrode gennem elektrolytopløsningen, hvor det negative elektrodemateriale er i en lithium-ionrig tilstand. Omvendt fjernes lithium-ioner fra det negative elektrodemateriale under afladningsprocessen og migrerer tilbage til den positive elektrode. Batteriets kapacitet bestemmes hovedsageligt af antallet af reversibelt indlejrede og fjernede lithium-ioner, og batteriets ydeevneparametre vil ændre sig under forskellige opladnings- og afladningsforhold eller under cyklussen. Så hvor ender lithium'et?
Litiumioner inde i batteriet opbevares primært følgende steder:
(1) Aktivt lithium, der bevæger sig og deinterkalerer mellem de positive og negative elektroder;
(2) Ubrugeligt lithium, der er indlejret i det negative elektrodelag og ikke kan fjernes;
(3) SEI-film dannet på overfladen af negative elektrodepartikler;
(4) Lithium udfældet på overfladen af negativ elektrodebelægning;
(5) Lithium opløst i elektrolytten;
(6) Lithiumfluorid dannet ved nedbrydning af elektrolyt;
(7) CEI-film dannet på overfladen af positive elektrodepartikler;
(8) Ubrugeligt lithium, der ikke kan fjernes fra indersiden af positive elektrodematerialer.
Under lithium-ion-batteriers levetid, eller under forskellige opladnings- og afladningshastigheder og temperaturforhold, ændrer fordelingen af lithium i batteriet sig. Forskere ved universitetet i Münster i Tyskland har undersøgt dette.
Under undersøgelsen blev der først konstrueret en T-formet batteristruktur. Efter at batteriet er blevet cyklet eller ældet, skilles det ad, og følgende trin udføres:
.De positive og negative elektroder rengøres først med DMC og opløses derefter i vand via mikrobølgereaktion. Efter at rengøringsopløsningen og opløsningen er fortyndet med destilleret vand, bestemmes lithiumindholdet ved hjælp af ICP-teknologi.
.Membranen gennemvædes i saltsyre, og udblødningsopløsningen fortyndes og testes derefter for ICP-lithiumindhold.
.Nylonmembranen, der anvendes i batterimontering, vaskes og fortyndes med destilleret vand og testes derefter for ICP-litiumindhold.
.De andre hovedkomponenter i batteriet testes også for ICP-litiumindhold efter vask med destilleret vand.
Derudover testede forskerne som kontrol litiumindholdet i batteriet, der blev cyklet én gang med en hastighed på 0,1C, under antagelse af, at der var dannet en fast elektrolytgrænseflade (SEI) og en positiv elektrode-elektrolytgrænsefladefilm (CEI) på elektrodeoverfladen. Det oprindelige negative elektrodeark indeholder ikke litium, så litiumindholdet i det negative elektrodeark i kontrolbatteriet betragtes som det litiumindhold, der danner SEI-filmen. Litiumindholdet i det positive elektrodeark i kontrolbatteriet minus litiumindholdet i det oprindelige elektrodeark betragtes som det yderligere litiumindhold, der danner CEI-filmen. Nøjagtigheden af alle testresultater er ±7%.
