Η αρχή λειτουργίας των μπαταριών ιόντων λιθίου βασίζεται στη διαδικασία ενσωμάτωσης και αποσύνδεσης ιόντων λιθίου μεταξύ των υλικών θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων. Στην κατάσταση φόρτισης, τα ιόντα λιθίου αποσυνδέονται από το υλικό του θετικού ηλεκτροδίου και μεταναστεύουν στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του διαλύματος ηλεκτρολύτη, όπου το υλικό του αρνητικού ηλεκτροδίου βρίσκεται σε κατάσταση πλούσια σε ιόντα λιθίου. Αντίθετα, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης, τα ιόντα λιθίου αποσυνδέονται από το υλικό του αρνητικού ηλεκτροδίου και μεταναστεύουν πίσω στο θετικό ηλεκτρόδιο. Η χωρητικότητα της μπαταρίας καθορίζεται κυρίως από τον αριθμό των αναστρέψιμα ενσωματωμένων και αποσυνδεδεμένων ιόντων λιθίου και οι παράμετροι απόδοσης της μπαταρίας θα αλλάξουν υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτισης και εκφόρτισης ή κατά τη διάρκεια του κύκλου. Πού πηγαίνει λοιπόν το λίθιο;
Τα ιόντα λιθίου στο εσωτερικό της μπαταρίας αποθηκεύονται κυρίως στα ακόλουθα σημεία:
(1) Ενεργό λίθιο που κινείται και αποπαρεμβάλλεται μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.;
(2) Άχρηστο λίθιο που είναι ενσωματωμένο στο στρώμα αρνητικού ηλεκτροδίου και δεν μπορεί να αφαιρεθεί.;
(3) Φιλμ SEI που σχηματίζεται στην επιφάνεια σωματιδίων αρνητικού ηλεκτροδίου.;
(4) Λίθιο που καθιζάνει στην επιφάνεια της επίστρωσης αρνητικού ηλεκτροδίου.;
(5) Λίθιο σε διαλυτοποίηση στον ηλεκτρολύτη.;
(6) Φθοριούχο λίθιο που σχηματίζεται από την αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη.;
(7) Φιλμ CEI που σχηματίζεται στην επιφάνεια των σωματιδίων θετικού ηλεκτροδίου.;
(8) Άχρηστο λίθιο που δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το εσωτερικό των υλικών των θετικών ηλεκτροδίων.
Κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής των μπαταριών ιόντων λιθίου ή υπό διαφορετικούς ρυθμούς φόρτισης και εκφόρτισης και συνθήκες θερμοκρασίας, η κατανομή του λιθίου στο εσωτερικό της μπαταρίας αλλάζει. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μύνστερ στη Γερμανία μελέτησαν αυτό το θέμα.
Κατά τη διάρκεια της μελέτης, κατασκευάστηκε αρχικά μια δομή μπαταρίας σε σχήμα Τ. Αφού η μπαταρία ολοκληρωθεί ο κύκλος λειτουργίας ή η γήρανση, αποσυναρμολογείται και εκτελούνται τα ακόλουθα βήματα:
.Τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια καθαρίζονται πρώτα με DMC και στη συνέχεια διαλύονται σε νερό μέσω αντίδρασης μικροκυμάτων. Αφού το διάλυμα καθαρισμού και το διάλυμα διάλυσης αραιωθούν με απεσταγμένο νερό, η περιεκτικότητα σε λίθιο προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ICP.
.Το διάφραγμα εμποτίζεται σε υδροχλωρικό οξύ και το διάλυμα εμποτισμού αραιώνεται και στη συνέχεια ελέγχεται για περιεκτικότητα σε λίθιο ICP.
.Η νάιλον μεμβράνη που χρησιμοποιείται στη συναρμολόγηση της μπαταρίας πλένεται και αραιώνεται με απεσταγμένο νερό και στη συνέχεια ελέγχεται για περιεκτικότητα σε λίθιο ICP.
.Τα άλλα κύρια εξαρτήματα της μπαταρίας ελέγχονται επίσης για περιεκτικότητα σε λίθιο ICP αφού πλυθούν με απεσταγμένο νερό.
Επιπλέον, ως έλεγχος, οι ερευνητές εξέτασαν την περιεκτικότητα σε λίθιο της μπαταρίας που ανακυκλώθηκε μία φορά με ρυθμό 0,1C, υποθέτοντας ότι σχηματίστηκε μια μεμβράνη στερεάς ηλεκτρολυτικής διεπαφής (SEI) και μια μεμβράνη θετικής ηλεκτροδίου ηλεκτρολυτικής διεπαφής (CEI) στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Το αρχικό φύλλο αρνητικού ηλεκτροδίου δεν περιέχει λίθιο, επομένως η περιεκτικότητα σε λίθιο του φύλλου αρνητικού ηλεκτροδίου της μπαταρίας ελέγχου θεωρείται ως η περιεκτικότητα σε λίθιο που σχηματίζει την μεμβράνη SEI. Η περιεκτικότητα σε λίθιο του φύλλου θετικού ηλεκτροδίου της μπαταρίας ελέγχου μείον την περιεκτικότητα σε λίθιο του αρχικού φύλλου ηλεκτροδίου θεωρείται ως η πρόσθετη περιεκτικότητα σε λίθιο που σχηματίζει την μεμβράνη CEI. Η ακρίβεια όλων των αποτελεσμάτων των δοκιμών είναι ±7%.
