Im Gebrauch bewegen sich Lithiumionen in die Anode ein und aus, die normalerweise aus Graphitpartikeln besteht. Die Ionen gleiten zwischen den Kohlenstoffatomen in einem Prozess namens Interkalation (siehe Zeichnung).
Wenn eine Batterie zu schnell aufgeladen wird, neigen die Lithiumionen dazu, sich auf der Anodenoberfläche zu aggregieren, was zu einem schädlichen „Plating“-Verhalten führt.
„Plating ist eine der Hauptursachen für eine beeinträchtigte Batterieleistung beim Schnellladen“, sagte der Argonne-Wissenschaftler Daniel Abraham. "Als wir die Batterie schnell aufluden, stellten wir fest, dass sich neben der Beschichtung auf der Anodenoberfläche auch Reaktionsprodukte in den Elektrodenporen ansammelten.
Unter Verwendung von Rasterelektronen-Nanobeugung zur Beobachtung auf atomarer Ebene sah das Team, dass das Kohlenstoffgitter in der Nähe der Oberfläche von Partikeln durch wiederholtes schnelles Aufladen (bei bis zu 6 ° C) dauerhaft verzerrt wurde. Die Gitterfehlordnung erreichte ~20 nm in das Partikel hinein und verhinderte, dass Ionen in die Gitterkante wanderten, um zu interkalieren. Stattdessen wurden sie auf der Partikeloberfläche plattiert.
„Je schneller wir unsere Batterie aufladen, desto atomarer wird die Anode ungeordnet, was letztendlich verhindert, dass sich die Lithium-Ionen hin und her bewegen können“, sagte Abraham. „Der Schlüssel besteht darin, Wege zu finden, diesen Organisationsverlust entweder zu verhindern oder die Graphitpartikel irgendwie so zu modifizieren, dass die Lithiumionen effizienter interkalieren können.“
Die Arbeit wird in dem ausführlichen und klar geschriebenen Artikel "Increased Disorage at Graphite Particle Edges Revealed by Multilength Scale Characterization of Anodes from Fast Charge Lithium-Ion Cells" beschrieben, der im Journal of the Electrochemical Society veröffentlicht wurde und auch andere Schadensmechanismen beschreibt in einem umfassenden Projekt mit der University of Illinois Urbana-Champaign analysiert.