Fokus utama dalam memaksimalkan kepadatan energi Li-ion bergeser pada tahun 2006 ketika Li-ion secara tidak terduga bongkar pasang dalam produk konsumen dan jutaan pak baterai ditarik. Keselamatan menjadi perhatian utama dan baterai menjadi lebih aman. Dengan munculnya kendaraan listrik (EV), masa pakai menjadi fokus utama, dan para ahli mulai mengeksplorasi alasan kegagalan baterai.
Meskipun umur baterai 3 tahun dengan 500 siklus dapat diterima untuk laptop dan ponsel, umur baterai EV yang ditetapkan selama 8 tahun terasa lama pada awalnya. Namun, hal itu masih membuat pembeli EV merasa tidak nyaman saat mengetahui bahwa baterai pengganti memiliki harga setara dengan mobil kompak bermesin pembakaran internal. Jika umur baterai dapat diperpanjang menjadi, katakanlah, 20 tahun, maka menggunakan EV akan dibenarkan meskipun investasi awal tinggi.
Pabrikan kendaraan listrik memilih sistem baterai yang dioptimalkan untuk umur panjang daripada energi spesifik tinggi. Baterai-baterai ini biasanya lebih besar dan lebih berat daripada yang digunakan dalam barang konsumen.
Baterai yang dipilih untuk powertrain listrik menjalani pengujian siklus hidup yang ketat, dan Nissan memilih Li-ion berbasis mangan untuk Leaf EV karena performa yang solid. Untuk mengalahkan waktu, protokol pengujian menetapkan pengisian cepat 1,5C (kurang dari 1 jam) dan pengosongan 2,5C (20 menit) pada suhu 60°C (140°F). Dalam kondisi keras ini, baterai tahan lama diharapkan kehilangan 10 persen setelah 500 siklus, yang mewakili 1–2 tahun berkendara. Ini meniru pengendaraan EV melalui panas neraka biblis, meninggalkan bekas karet dari berkendara agresif, dan masih mendapatkan baterai dengan kapasitas 90 persen.
Meskipun pemilihan dan pengujian yang hati-hati, pemilik Nissan Leaf menyadari kehilangan kapasitas sebesar 27,5 persen setelah 1–2 tahun pemakaian, dan ini tanpa berkendara secara agresif. Mengapa Leaf di bawah kondisi yang terlindungi kehilangan kapasitas begitu banyak?
Untuk memahami lebih baik apa yang menyebabkan kehilangan kapasitas tak dapat terbalik pada baterai Li-ion, Center for Automotive Research di Universitas Negara Bagian Ohio bekerja sama dengan Oak Ridge National Laboratory dan National Institute of Standards and Technology melakukan uji forensik dengan membedah baterai yang gagal untuk menemukan area masalah yang dicurigai pada elektroda.
Membuka gulungan pita logam sepanjang 1,5 meter yang mewakili anoda dan katoda yang dilapisi oksida, terungkap bahwa bahan nanometer yang halus telah menjadi kasar. Studi lebih lanjut mengungkapkan bahwa ion lithium yang bertanggung jawab untuk mengantarkan muatan listrik antara elektroda telah berkurang pada katoda dan telah menetap secara permanen pada anoda. Hal ini menyebabkan katoda memiliki konsentrasi lithium lebih rendah daripada sel baru, fenomena yang tidak dapat terbalik.
Kesimpulan
Baterai Li-ion berbasis mangan yang dipilih untuk Nissan Leaf dan EV lainnya memiliki hasil uji laboratorium yang sangat baik.
Yang mungkin terlewat dalam uji Nissan Leaf adalah kerusakan yang terjadi saat menjaga baterai pada tegangan tinggi dan suhu tinggi.
Keempat tersangka utama yang bertanggung jawab atas kehilangan kapasitas dan akhirnya akhir masa pakai baterai Li-ion adalah:
- Kerusakan mekanis pada elektroda atau kehilangan tekanan tumpukan pada sel-sel jenis pouch. Desain sel yang hati-hati dan penambahan elektrolit yang benar meminimalkan penyebab ini.
- Pertumbuhan antarmuka elektrolit padat (SEI) pada anoda. Sebuah penghalang terbentuk yang menghalangi interaksi dengan grafit, menyebabkan peningkatan hambatan internal. SEI dianggap sebagai penyebab kehilangan kapasitas pada sebagian besar baterai Li-ion berbasis grafit ketika menjaga tegangan pengisian di bawah 3,92V/sel. Penambahan elektrolit mengurangi beberapa efek.
- Pembentukan oksidasi elektrolit (EO) pada katoda yang dapat menyebabkan kehilangan kapasitas tiba-tiba. Menjaga sel pada tegangan di atas 4,10V/sel dan pada suhu tinggi mempromosikan fenomena ini. Gambar 5 menunjukkan SEI dan EO sebagai fungsi tegangan.
- Penyepuhan lithium pada permukaan anoda yang disebabkan oleh tingkat pengisian yang tinggi. (Kehilangan kapasitas yang tinggi pada tingkat C yang lebih tinggi mungkin disebabkan oleh ini.)
Artikel ini telah direview oleh tim Teknis Matador Lectro.asia dengan pengalaman sudah mengerjakan baterai packing dengan BMS (Battery Management System) untuk berbagai merk motor listrik seperti Gelis, Viar, Tomara, Selis dan Motoriz.