En cours d'utilisation, les ions lithium entrent et sortent de l'anode, qui est généralement constituée de particules de graphite. Les ions glissent entre les atomes de carbone dans un processus appelé intercalation (voir schéma).
Lorsqu'une batterie est chargée trop rapidement, les ions lithium ont tendance à s'agréger sur la surface de l'anode, ce qui entraîne un comportement de « placage » dommageable.
"Le placage est l'une des principales causes de dégradation des performances de la batterie lors d'une charge rapide", a déclaré le scientifique d'Argonne, Daniel Abraham. « Alors que nous chargeions la batterie rapidement, nous avons constaté qu'en plus du placage sur la surface de l'anode, il y avait une accumulation de produits de réaction à l'intérieur des pores de l'électrode. »
En utilisant la nano-diffraction des électrons à balayage pour observer au niveau atomique, l'équipe a vu le réseau de carbone près de la surface des particules se déformer en permanence à cause de la charge rapide répétée (jusqu'à 6C). Le désordre du réseau a atteint environ 20 nm dans la particule et a empêché les ions de dériver vers le bord du réseau pour s'intercaler. Au lieu de cela, ils ont plaqué sur la surface des particules.
"Plus nous chargeons rapidement notre batterie, plus l'anode deviendra désordonnée atomiquement, ce qui empêchera finalement les ions lithium de pouvoir se déplacer d'avant en arrière", a déclaré Abraham. "La clé est de trouver des moyens soit d'empêcher cette perte d'organisation, soit de modifier d'une manière ou d'une autre les particules de graphite afin que les ions lithium puissent s'intercaler plus efficacement."
Le travail est décrit dans l'article détaillé et clairement écrit « Increased désordre at graphite particules edge found by multilength scale characterization of anodes from fast charge lithium-ion cells », publié dans le Journal of the Electrochemical Society, qui décrit également d'autres mécanismes d'endommagement analysé dans un projet global avec l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign.