Преглед на анализа на повредата и механизма на повредата на литиево-йонна батерия

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Fournisseur de centrales électriques portables

Генерирането и растежът на филма 1SEI е в търговска литиево-йонна батерийна система, а частта от загубата на капацитет на батерията е от страничния ефект между графит и органичен електролит, а графитът лесно реагира електрохимично с литиево-йонен органичен електролит, особено разтворителят е винил карбонат (EC) и диметил карбонат (DMC). Когато литиево-йонната батерия е по време на първото зареждане (етап), отрицателният електролит и литиево-йонният електролит се появяват и литиево-йонният електролит се появява и слой от твърд електролитен интерфейс (SEI) филм се образува в графитната повърхност, което може да причини част от необратимия капацитет. Филмът SEI осигурява предаването на йони, като същевременно защитава реактивното вещество и предотвратява стабилността на работата на активния материал на активния материал на батерията, като същевременно предотвратява активното вещество.

Въпреки това, по време на последващия цикъл на батерията, тъй като постоянното разширяване и свиване на материала на електрода предизвиква излагане на ново активно място, това може да причини механизъм за повреда на непрекъсната загуба, тоест капацитетът на батерията непрекъснато намалява. Този механизъм на повреда може да се отдаде на процеса на електрохимична редукция на повърхността на електрода, който се изразява като непрекъснато увеличаване на дебелината на SEI филма. Следователно изследването на химичните компоненти и морфологията на филма SEI може да бъде по-задълбочено, причината за капацитета на литиево-йонната батерия и спада на мощността.

Процес на образуване на SEI филм През последните години изследователите се опитаха да проучат природата на SEI мембраните чрез експерименти за разглобяване на малки батерийни системи. Процесът на разглобяване на батерията се извършва в жабка с аерозолен инертен газ ( <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.

Въпреки че са използвани много методи за изпитване за характеризиране на SEI филма, действителният модел на SEI филма, който расте в батерията, се използва за характеризиране на по-напреднали и директни начини. Трудността е, че филмът SEI е сложен с различни вещества като органични и неорганични, а съставката е сложна и е много крехка и лесно реагира на околната среда. Ако е неподходящо, е трудно да се получи истинската информация за SEI филма.

Удебеляването на SEI филма е типична електрохимична паразитна странична реакция, която има тясна връзка с кинетиката на реакцията, процеса на пренос на маса и структурната геометрия на батерията. Въпреки това, промяната на SEI филма не води директно до повреда на разрушителна повреда и разлагането му само ще доведе до повишаване на вътрешната температура на батерията, което от своя страна може да причини разлагащ се газ, а силната топлина ще доведе до термично излизане от контрол. Във FMMEA образуването и нарастването на SEI филма се счита за механизъм на загуба, който може да накара батерията да намали капацитета и да увеличи вътрешния импеданс.

2 Литиеви дендрити се генерират, ако батерията се зареди бързо при плътност на тока, по-висока от нейния номинален ток, и отрицателната повърхност лесно се оформя, за да образува метален литиев дендрид. Този дендритен кристал лесно може да пробие диафрагмата, причинявайки късо съединение в батерията. Тази ситуация може да доведе до повреда на батерията и е трудно да се открие, преди батерията да е получила късо съединение.

През последните години изследователите са изследвали скоростта на растеж на литиевия дендрит и връзката между скоростта на растеж на литиевите дендрити и капацитета за дифузия на литиевите йони на литиевите дендрити. Експериментите показват, че растежът на литиевата делегра е труден за откриване или наблюдение в цялостна система от батерии, а настоящият модел е ограничен до растежа на литиеви дендрити под една система. В експерименталната система прозрачната батерия, конструирана от кварцово стъкло, може да наблюдава процеса на растеж на литиевите дендрити на място.

Изследователят Джан Юегоно в Института за нанотехнологии и нанобионични изследвания в Суджоу в моята страна разкри процеса на образуване на технологията на литиеви дендрити (както е показано на видео) в технологията на сканиращия електронен микроскоп (SEM). Въпреки това, в търговската литиево-йонна батерийна система е трудно да се постигне първоначалното наблюдение на литиевите клонове. Универсалната ситуация е да наблюдавате кристалите на литиевия клон, като разглобите батерията.

Въпреки това, тъй като активността на литиевия клон е много висока, е трудно да се анализират подробностите за генерирането. Zier et al. Предложено е да се изтеглят електродни микрограми чрез боядисване на структурата на електрода, за да се определи позицията на дендритите.

Ако преди разглобяването на батерията генерирането на литиев клонов кристал е причинило вътрешно късо съединение вътре, тогава тази част от дендритния кристал може да бъде трудна за наблюдение, тъй като огромният импулсен ток на вътрешното късо съединение може да причини кристализация на литиево клонче. Локалното микропоресто затваряне на диафрагмата предполага възможната позиция на растеж на литиевите дендрити, но тези части може да са частично прегрявани или причинени от замърсители с метални примеси. Следователно, по-нататъшно развитие на модели на неизправност, за да се предскаже появата на литиеви клонове, и в същото време е много значимо да се изследва връзката между живота и неуспеха при различни работни условия.

3 Замърсяването на частиците на активния материал е неравномерно при разпределяне на бързо зареждане и разреждане или активно вещество на електрода, активният материал е склонен към прах или фрагментация. Като цяло, тъй като батерията се удължава, частиците с микронни размери, вътрешното напрежение на йони може да бъде нарушено. Първоначалната пукнатина може да се наблюдава чрез SEM на повърхността на частиците на активния материал.

Тъй като многократното вграждане на литиеви йони, пукнатините непрекъснато се разширяват, което води до напукване на частиците. Напуканите частици ще разкрият новата активна повърхност и SEI филмът се генерира върху новата повърхност. Чрез изследване и анализ на напрежението при вграждане на литиеви йони, по-добро проектиране на електродни материали за батерии.

Кристенсен и Нюман и др. Разработи първоначалния литиево-йонен вграден модел на напрежение и други изследователи разшириха различни материали и геометричната морфология на материалите и материалите. Моделът на вграден стрес в йони ще улесни изследователите да проектират повече активни вещества.

Въпреки това, загубата на капацитет и мощност на частиците на активния материал се проучва допълнително и механизмът на повреда на фрагментацията на частиците е изчерпателно предвиден, за да се предвиди животът на литиево-йонните батерии. Промяната на обема на материала на електрода може също да доведе до разтоварване на активното вещество с токоприемника, така че тази част от активното вещество да не е достъпна. Инконираният литиев процес на активния материал е придружен от йонна миграция и външна миграция на електрони вътре в батерията.

Тъй като електролитът е електронно изолиран, могат да се доставят само йони. Провеждането на електрони е важно за проводящата мрежа, изградена от повърхността на електрода от проводимия агент. Честите промени в обема на електродния материал могат да доведат до частични активни вещества от проводимата мрежа, за да образуват изолирана система, която не е налична.

Тази промяна в структурата на електрода може да бъде измерена чрез измерване на метод като порьозност или специфична повърхностна площ. Този процес може също да бъде смлян чрез фрезоване на повърхността на електрода с помощта на фокален йонен лъч (FIB), използване на SEM за извършване на морфологично наблюдение или тест с рентгенова томография с помощта на SEM. Материалът на Si отрицателния електрод се почиства и отделя от проводимата мрежа.

Активното вещество на положителния електрод на активното вещество на положителния електрод е предимно оксид на преходен метал, като литиев кобалтат (LiMn2O4) или полианатна литиева сол, литиево-железен фосфат (LifePo4). Повечето от положителните активни вещества са вградени реакционни механизми, а техните механизми на стрес и механизми на рецесия се дължат най-вече на падането на гранулите и описанието на активните вещества по-горе. SEI филмът също се генерира и влияе от повърхността на положителния електрод, но повърхността на положителния електрод има висок потенциал и неговият SEI филм е много тънък и стабилен.

В допълнение, материалът на положителния електрод също е податлив на влиянието на вътрешното генериране на топлина, особено когато батерията е претоварена. По време на зареждането електролитът става нестабилен под високо налягане, което води до електролит и активно вещество на положителния електрод, което кара вътрешната температура на батерията да продължи да се повишава и материалът на положителния електрод освобождава кислород. По-нататъшното надграждане, което води до термично излизане от контрол, ще доведе до повреда на батерията.

Положителният електроден материал, който се получава по време на предварителното зареждане, може да бъде анализиран чрез газова хроматография, за да се анализира или открие структурата на електродния материал чрез структурата на електродния материал за откриване на рентгенов спектър. Понастоящем обаче няма модел на повреда, който може да предвиди вътрешността на батерията чрез преливане на презареден газ. Резюме: Механизмът на повреда на положителния и отрицателния електроден материал на литиево-йонната батерия е важен за разграждането на SEI мембраната, производството на литиево-делегирани кристали или кристали от меден прин, праха на частиците на активния материал и газа от топлинно разлагане и др.

Сред тях, генерирането на литиеви производни или медни частици, газът от разлагането на материала лесно се причинява от термично извън контрол на клетката, причинявайки изгаряне на батерията и дори експлозия. Повредата на литиево-йонните батерии се анализира чрез избледнял режим и механизмът се оптимизира чрез оптимизиране на материала, структурата на батерията и подобряване на адаптивността към околната среда, надеждността и безопасността на батерията. Следователно има много важно ръководно значение за производството и практическото приложение на батерията.