Litium ion batareyasının uğursuzluq təhlili və nasazlıq mexanizminin icmalı

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

1SEI filminin istehsalı və böyüməsi kommersiya litium-ion batareya sistemindədir və batareya tutumunun itkisi hissəsi qrafit və üzvi elektrolit arasındakı yan təsirdəndir və qrafit litium ion üzvi elektrolit ilə asanlıqla elektrokimyəvi reaksiyaya girir, xüsusilə də Solvent vinil karbonatdır (EC) və dimetil karbonatdır (DMC). Litium ion batareyası ilk doldurulma (mərhələ) zamanı olduqda, mənfi elektrolit və litium ion elektrolit meydana gəldi və litium ion elektrolit meydana gəldi və qrafit səthində bir qatı elektrolit interfeysi (SEI) filmi meydana gəlir ki, bu da geri dönməz tutumun bir hissəsinə səbəb ola bilər. SEI filmi reaktiv maddəni qoruyarkən ionların ötürülməsini təmin edir və aktiv maddənin qarşısını alarkən akkumulyatorun aktiv materialının aktiv material işinin sabitliyinin qarşısını alır.

Bununla belə, akkumulyatorun sonrakı dövrü ərzində elektrod materialının daimi genişlənməsi və büzülməsi yeni aktiv sahənin ifşa olunmasına səbəb olduğundan, bu, davamlı itki uğursuzluq mexanizminə səbəb ola bilər, yəni batareyanın tutumu davamlı olaraq azalır. Bu uğursuzluq mexanizmi elektrod səthinin elektrokimyəvi reduksiya prosesinə aid edilə bilər ki, bu da SEI filminin qalınlığının davamlı artması kimi ifadə edilir. Buna görə də, SEI film kimyəvi komponentləri və morfologiya öyrənilməsi daha dərin ola bilər, litium-ion batareya tutumu və güc azalması səbəbi.

SEI filminin formalaşması prosesi Son illərdə tədqiqatçılar kiçik batareya sistemlərinin sökülməsi təcrübələri vasitəsilə SEI membranlarının təbiətini öyrənməyə çalışdılar. Batareyanın sökülməsi prosesi aerozol inert qaz əlcək qutusunda aparılır ( <5 ppm). After the battery is disassembled, it can pass a nuclear magnetic resonance technology (NMR), a flight time secondary ion mass spectrometry (TEMS), a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), an atomic force microscope (AFM), X-ray absorption spectrum (XAF), and Infrared (FTIR) and Raman Spectroscopy and other test methods study the thickness, morphology, composition, growth process and mechanism of SEI membranes.

SEI filmini xarakterizə etmək üçün bir çox sınaq metodlarından istifadə olunsa da, SEI filminin faktiki modeli batareyada böyüyür, daha təkmil və birbaşa yolları xarakterizə etmək üçün istifadə olunur. Çətinlik ondan ibarətdir ki, SEI filmi üzvi və qeyri-üzvi kimi müxtəlif maddələrlə mürəkkəbdir və tərkib hissəsi mürəkkəbdir və çox kövrəkdir və ətraf mühitə cavab vermək asandır. Düzgün deyilsə, SEI filminin həqiqi məlumatını əldə etmək çətindir.

SEI filminin qalınlaşması reaksiya kinetikası, kütlə ötürmə prosesi və batareyanın struktur həndəsəsi ilə sıx əlaqədə olan tipik bir elektrokimyəvi parazitar yan reaksiyadır. Bununla belə, SEI filminin dəyişdirilməsi birbaşa dağıdıcı uğursuzluğun uğursuzluğuna gətirib çıxarmır və onun parçalanması yalnız batareyanın daxili temperaturunun artmasına səbəb olacaq, bu da öz növbəsində parçalanma qazına səbəb ola bilər və güclü istilik istilik nəzarətindən çıxmasına səbəb olacaqdır. FMMEA-da SEI filminin formalaşması və böyüməsi itki mexanizmi hesab olunur ki, bu da batareyanın tutumunun azalmasına və daxili empedansın artmasına səbəb ola bilər.

Batareya nominal cərəyandan daha yüksək cərəyan sıxlığında tez doldurularsa və mənfi səth asanlıqla metal litium dendridini əmələ gətirərsə, 2 litium dendrit əmələ gəlir. Bu dendritik kristalın diafraqmanı deşmək asandır, bu da batareyanın daxilində qısaqapanmaya səbəb olur. Bu vəziyyət batareyanın məhv edilməsinin uğursuzluğu ilə nəticələnə bilər və batareyada qısaqapanmadan əvvəl bunu aşkar etmək çətindir.

Son illərdə tədqiqatçılar litium dendritin böyümə sürətini və litium dendritlərin böyümə sürəti ilə litium dendritlərin litium ionlarının diffuziya qabiliyyəti arasında əlaqəni öyrəndilər. Təcrübələr göstərir ki, litium delegranın böyüməsini tam batareya sistemində aşkar etmək və ya müşahidə etmək çətindir və hazırkı model tək sistem altında litium dendritlərin böyüməsi ilə məhdudlaşır. Eksperimental sistemdə kvars şüşəsi ilə qurulan şəffaf batareya litium dendritlərinin böyümə prosesini yerində müşahidə edə bilər.

Ölkəmdəki Suzhou Nanotexnologiya və Nano Biyonik Tədqiqat İnstitutunun tədqiqatçısı Zhang Yueqono skan edən elektron mikroskop (SEM) texnologiyasında litium dendritlərin (videoda göstərildiyi kimi) formalaşması texnologiyasını aşkar edib. Bununla belə, kommersiya litium-ion batareya sistemində litium filiallarının orijinal müşahidəsinə nail olmaq çətindir. Universal vəziyyət batareyanı sökərək onun litium filialının kristallarını müşahidə etməkdir.

Lakin litium filialının fəaliyyəti çox yüksək olduğu üçün nəslin təfərrüatlarını təhlil etmək çətindir. Zier və başqaları. Dendritlərin vəziyyətini təyin etmək üçün elektrod strukturunu boyayaraq elektrod elektron mikroqramlarını çəkmək təklif edilmişdir.

Batareyanın sökülməsindən əvvəl litium filialının kristallaşması daxili qısaqapanmaya səbəb olarsa, dendritik kristalın bu hissəsini müşahidə etmək çətin ola bilər, çünki daxili qısaqapanmanın nəhəng nəbz cərəyanı litium filialının kristallaşmasına səbəb ola bilər. Diafraqmanın yerli mikro gözenekli bağlanması litium dendritlərinin mümkün böyümə mövqeyini göstərir, lakin bu hissələr qismən qızdırıla bilər və ya metal çirkləndiriciləri ilə əlaqədar ola bilər. Buna görə də, litium filiallarının ortaya çıxmasını proqnozlaşdırmaq üçün uğursuzluq modellərinin daha da inkişafı və eyni zamanda, müxtəlif iş şəraitində həyat və uğursuzluq əlaqəsini öyrənmək çox mənalıdır.

3 Aktiv material hissəciklərinin tozlanması sürətli yük və boşalma və ya elektrod aktiv maddənin paylanmasında qeyri-bərabərdir, aktiv material toz və ya parçalanmaya meyllidir. Ümumiyyətlə, batareya uzadıldıqca, mikron ölçülü hissəciklər, ionun daxili gərginliyi pozula bilər. İlkin çatlama SEM vasitəsilə aktiv material hissəciklərinin səthində müşahidə edilə bilər.

Litium ionlarının təkrar yerləşdirilməsi kimi çatlar daim uzanır və nəticədə hissəciklər çatlayır. Çatlayan hissəciklər yeni aktiv səthi ifşa edəcək və yeni səthdə SEI filmi yaranacaq. Litium ionunun yerləşdirilməsi stressinin tədqiqi və təhlili ilə daha yaxşı dizayn batareya elektrod materialları.

Christensen və Newman et al. İlkin litium-ion daxili gərginlik modelini işləyib hazırladılar və digər tədqiqatçılar müxtəlif materialları, materialların və materialların həndəsi morfologiyasını genişləndirdilər. İon daxil edilmiş stress modeli tədqiqatçılara daha aktiv maddələrin dizaynını asanlaşdıracaq.

Bununla belə, aktiv material hissəciklərinin tutumunun və gücünün itirilməsi daha da öyrənilir və litium-ion batareyalarının ömrünü proqnozlaşdırmaq üçün hissəciklərin parçalanmasının uğursuzluq mexanizmi hərtərəfli proqnozlaşdırılır. Elektrod materialının həcminin dəyişməsi də aktiv maddənin cərəyan kollektoru ilə boşaldılmasına səbəb ola bilər ki, aktiv maddənin bu hissəsi mövcud deyil. Aktiv materialın inconed litium prosesi akkumulyator daxilində ion miqrasiyası və xarici elektron miqrasiyası ilə müşayiət olunur.

Elektrolit elektron izolyasiya edildiyi üçün yalnız ionlar təmin edilə bilər. Elektronların keçiriciliyi keçirici agent tərəfindən elektrod səthi tərəfindən qurulan keçirici şəbəkə üçün vacibdir. Elektrod materialının həcmində tez-tez dəyişikliklər keçirici şəbəkədən qismən aktiv maddələrin təcrid olunmuş bir sistem meydana gətirməsi ilə nəticələnə bilər, bu da mövcud deyil.

Elektrod strukturunda bu dəyişiklik məsaməlilik və ya müəyyən bir səth sahəsi kimi bir üsulla ölçülə bilər. Bu proses həmçinin fokus ion şüasından (FIB) istifadə edərək elektrod səthini freze etməklə, SEM-dən istifadə edərək morfoloji müşahidə və ya SEM-dən istifadə edərək rentgen tomoqrafiya testini həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilər. Si mənfi elektrod materialı təmizlənir və keçirici şəbəkədən ayrılır.

Müsbət elektrod aktiv maddəsinin müsbət elektrod aktiv maddəsi əsasən litium kobaltat (LiMn2O4) və ya polianat Litium duzu, litium dəmir fosfat (LifePo4) kimi keçid metal oksididir. Müsbət aktiv maddələrin əksəriyyəti daxili reaksiya mexanizmləridir və onların stress mexanizmləri və tənəzzül mexanizmləri daha çox qranulların düşməsi və yuxarıdakı aktiv maddələrin təsviri ilə bağlıdır. SEI filmi də müsbət elektrodun səthindən yaranır və təsirlənir, lakin müsbət elektrodun səthi yüksək potensiala malikdir və onun SEI filmi çox nazik və sabitdir.

Bundan əlavə, müsbət elektrod materialı da daxili istilik əmələ gəlməsinin təsirinə həssasdır, xüsusən də batareya həddindən artıq oturduqda. Doldurma zamanı elektrolit yüksək təzyiq altında qeyri-sabit olur, nəticədə elektrolit və müsbət elektrod aktiv maddə, batareyanın daxili temperaturunun artmağa davam etməsinə səbəb olur və müsbət elektrod materialı oksigeni buraxır. Əlavə təkmilləşdirmə, termal nəzarətdən çıxma ilə nəticələnir, bu, batareyanın məhvinə səbəb olacaqdır.

Əvvəlcədən yükləmə zamanı baş verən müsbət elektrod materialı, rentgen spektrinin aşkarlanması elektrod materialının strukturu ilə elektrod materialının strukturunu təhlil etmək və ya aşkar etmək üçün qaz xromatoqrafiyası ilə təhlil edilə bilər. Bununla belə, hazırda həddindən artıq doldurulmuş qaz daşması ilə batareyanın içini proqnozlaşdıra biləcək heç bir uğursuzluq modeli yoxdur. Xülasə: Litium-ion batareyasının müsbət və mənfi elektrod materialının uğursuzluq mexanizmi rejimi SEI membranının parçalanması, litium delegasiya edilmiş kristal və ya mis kristallarının istehsalı, aktiv material hissəciklərinin tozu və istilik parçalanması qazı və s.

Onların arasında, litium törəmələri və ya mis delegths nəsil, maddi parçalanma qaz asanlıqla batareyanın yanmasına səbəb, və hətta partlayan, mobil nəzarət həyata termal səbəb olur. Litium-ion batareyalarının nasazlığı solğun rejimlə təhlil edilir və batareyanın materialını, strukturunu optimallaşdırmaq və batareyanın ətraf mühitə uyğunlaşma qabiliyyətini, etibarlılığını və təhlükəsizliyini artırmaqla mexanizm optimallaşdırılır. Buna görə də, batareyanın istehsalı və praktik tətbiqi üçün çox vacib bir rəhbər əhəmiyyəti var.