Pregled analize kvarova i mehanizma kvarova litijum-jonske baterije

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - អ្នកផ្គត់ផ្គង់ស្ថានីយ៍ថាមពលចល័ត

Gjenerimi dhe rritja e filmit 1SEI është në një sistem komercial të baterive litium-jon, dhe pjesa e humbjes së kapacitetit të baterisë është nga efekti anësor midis grafitit dhe elektrolitit organik, dhe grafiti reagon lehtësisht elektrokimikisht me elektrolitin organik të litiumit, veçanërisht Tretësi është karbonat vinil (EC) dhe karbonat dimetil (DMC). Kur bateria e joneve të litiumit është gjatë karikimit të parë (faza), ndodhi elektroliti negativ dhe elektroliti i joneve të litiumit dhe ndodhi elektroliti i joneve të litiumit dhe në sipërfaqen e grafitit formohet një shtresë e ndërfaqes së ngurtë të elektrolitit (SEI), e cila mund të shkaktojë një pjesë të kapacitetit të pakthyeshëm. Filmi SEI siguron transmetimin e joneve duke mbrojtur substancën reaktive dhe parandalon qëndrueshmërinë e funksionimit të materialit aktiv të materialit aktiv të baterisë duke parandaluar substancën aktive.

Megjithatë, gjatë ciklit pasues të baterisë, meqenëse zgjerimi dhe tkurrja e vazhdueshme e materialit të elektrodës shkakton ekspozimin e një vendi të ri aktiv, kjo mund të shkaktojë një mekanizëm të dështimit të vazhdueshëm të humbjes, domethënë, kapaciteti i baterisë ulet vazhdimisht. Ky mekanizëm i dështimit mund t&39;i atribuohet procesit të reduktimit elektrokimik të sipërfaqes së elektrodës, i cili shprehet si rritje e vazhdueshme e trashësisë së filmit SEI. Prandaj, studimi i komponentëve kimikë të filmit SEI dhe morfologjisë mund të jetë më i thelluar, shkaku i kapacitetit të baterisë litium-jon dhe rënies së energjisë.

Procesi i formimit të filmit SEI Në vitet e fundit, studiuesit janë përpjekur të studiojnë natyrën e membranave SEI përmes eksperimenteve të çmontimit të sistemeve të vogla të baterive. Procesi i çmontimit të baterisë kryhet në një kuti dorezash gazi inert aerosolik ( <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.

Edhe pse shumë metoda testimi janë përdorur për të karakterizuar filmin SEI, modeli aktual i filmit SEI rritet në bateri përdoret për të karakterizuar mënyra më të avancuara dhe të drejtpërdrejta. Vështirësia është se filmi SEI është i ndërlikuar me një sërë substancash si organike dhe inorganike, dhe përbërësi është i ndërlikuar dhe është shumë i brishtë dhe i lehtë për t&39;iu përgjigjur mjedisit. Nëse është e pahijshme, është e vështirë të merret informacioni i vërtetë i filmit SEI.

Trashja e filmit SEI është një reaksion anësor tipik parazitar elektrokimik, i cili ka një lidhje të ngushtë me kinetikën e reaksionit, procesin e transferimit të masës dhe gjeometrinë strukturore të baterisë. Sidoqoftë, ndryshimi i filmit SEI nuk çon drejtpërdrejt në dështimin e dështimit shkatërrues, dhe dekompozimi i tij do të shkaktojë vetëm një rritje të temperaturës së brendshme të baterisë, e cila nga ana tjetër mund të shkaktojë gazin e dekompozimit dhe nxehtësia e fortë do të shkaktojë termike jashtë kontrollit. Në FMMEA, formimi dhe rritja e filmit SEI konsiderohet një mekanizëm humbjeje, i cili mund të shkaktojë që bateria të zvogëlojë kapacitetin dhe të rrisë rezistencën e brendshme.

2 Dendritet e litiumit gjenerojnë, nëse bateria ngarkohet shpejt me një densitet rrymë më të lartë se rryma e saj nominale, dhe sipërfaqja negative formohet lehtësisht për të formuar një dendrid litiumi metalik. Ky kristal dendritik është i lehtë për të shpuar diafragmën, duke shkaktuar një qark të shkurtër brenda baterisë. Kjo situatë mund të rezultojë në dështimin e shkatërrimit të baterisë dhe është e vështirë të zbulohet përpara se bateria të jetë e shkurtër.

Vitet e fundit, studiuesit kanë studiuar shkallën e rritjes së dendriteve të litiumit dhe lidhjen midis shkallës së rritjes së dendriteve të litiumit dhe kapacitetit të difuzionit të joneve të litiumit të dendriteve të litiumit. Eksperimentet tregojnë se rritja e delegrës së litiumit është e vështirë për t&39;u zbuluar ose vëzhguar në një sistem të plotë baterish dhe modeli aktual është i kufizuar në rritjen e dendriteve të litiumit nën një sistem të vetëm. Në sistemin eksperimental, bateria transparente e ndërtuar nga xhami kuarci mund të vëzhgojë procesin e rritjes së dendriteve të litiumit në vend.

Studiuesi Zhang Yuegono në Nanoteknologjinë Suzhou dhe Institutin e Kërkimeve Nano Bionic në vendin tim ka zbuluar procesin e formimit të teknologjisë së dendriteve të litiumit (siç tregohet nga video) në teknologjinë e mikroskopit elektronik skanues (SEM). Megjithatë, në sistemin komercial të baterive litium-jon, është e vështirë të arrihet vëzhgimi origjinal i degëve të litiumit. Situata universale është të vëzhgoni kristalet e saj të degëve të litiumit duke çmontuar baterinë.

Megjithatë, për shkak se aktiviteti i degës së litiumit është shumë i lartë, është e vështirë të analizohen detajet e gjenerimit. Zier et al. Propozohet të vizatohen mikrogramët elektronikë të elektrodës duke ngjyrosur strukturën e elektrodës për të përcaktuar pozicionin e dendriteve.

Nëse përpara çmontimit të baterisë, gjenerimi i kristalit të degës së litiumit ka shkaktuar qarkun e shkurtër brenda brenda, atëherë kjo pjesë e kristalit dendritik mund të jetë e vështirë për t&39;u vëzhguar sepse rryma e madhe e pulsit të qarkut të shkurtër të brendshëm mund të shkaktojë kristalizimin e degës së litiumit. Mbyllja lokale mikroporoze e diafragmës sugjeron që pozicioni i mundshëm i rritjes së dendriteve të litiumit, por këto pjesë mund të jenë pjesërisht të mbinxehura ose të shkaktuara nga ndotësit e papastërtive metalike. Prandaj, zhvillimi i mëtejshëm i modeleve të dështimit për të parashikuar shfaqjen e degëve të litiumit, dhe në të njëjtën kohë, është shumë kuptimplotë të studiohet jeta dhe marrëdhënia e dështimit në kushte të ndryshme pune.

3 Pjalmimi i grimcave të materialit aktiv është i pabarabartë në shpërndarjen e ngarkesës dhe shkarkimit të shpejtë ose substancës aktive të elektrodës, materiali aktiv është i prirur ndaj pluhurit ose fragmentimit. Në përgjithësi, ndërsa bateria zgjatet, grimcat me madhësi mikron, stresi i brendshëm i jonit mund të prishen. Plasaritja fillestare mund të vërehet nga SEM në sipërfaqen e grimcave të materialit aktiv.

Me futjen e përsëritur të joneve të litiumit, çarjet po zgjerohen vazhdimisht, duke rezultuar në plasaritjen e grimcave. Grimcat plasaritëse do të ekspozojnë sipërfaqen e re aktive dhe filmi SEI do të krijohet në sipërfaqen e re. Nga hulumtimi dhe analiza e stresit të ngulitjes së joneve të litiumit, materialet e elektrodës së baterisë dizajn më të mirë.

Christensen dhe Newman et al. Zhvilluan modelin fillestar të stresit të ngulitur me litium-jon, dhe studiues të tjerë kanë zgjeruar materiale të ndryshme dhe morfologjinë gjeometrike të materialeve dhe materialeve. Modeli i stresit të ngulitur me jon do t&39;i lehtësojë studiuesit të hartojnë substanca më aktive.

Sidoqoftë, humbja e kapacitetit dhe fuqisë së grimcave të materialit aktiv është studiuar më tej dhe mekanizmi i dështimit të fragmentimit të grimcave parashikohet në mënyrë gjithëpërfshirëse për të parashikuar jetën e baterive litium-jon. Ndryshimi i volumit të materialit të elektrodës mund të shkaktojë gjithashtu shkarkimin e substancës aktive me kolektorin aktual, në mënyrë që kjo pjesë e substancës aktive të mos jetë e disponueshme. Procesi i litiumit të papërmbajtur të materialit aktiv shoqërohet nga migrimi i joneve dhe migrimi i jashtëm i elektroneve brenda baterisë.

Meqenëse elektroliti është i izoluar elektronikisht, vetëm jonet mund të furnizohen. Sjellja e elektroneve është e rëndësishme për rrjetin përçues të ndërtuar nga sipërfaqja e elektrodës nga agjenti përcjellës. Ndryshimet e shpeshta në vëllimin e materialit të elektrodës mund të rezultojnë në substanca aktive të pjesshme nga rrjeti përcjellës për të formuar një sistem të izoluar, i cili nuk është i disponueshëm.

Ky ndryshim në strukturën e elektrodës mund të matet duke matur një metodë të tillë si poroziteti ose një sipërfaqe specifike. Ky proces gjithashtu mund të bluhet duke bluar sipërfaqen e elektrodës duke përdorur rreze jonike fokale (FIB), duke përdorur SEM për të kryer vëzhgimin morfologjik ose testin e tomografisë me rreze X duke përdorur SEM. Materiali i elektrodës negative si pastrohet dhe shkëputet nga rrjeti përçues.

Substanca aktive e elektrodës pozitive të substancës aktive të elektrodës pozitive është kryesisht oksidi i metalit në tranzicion, siç është kobaltati i litiumit (LiMn2O4), ose kripa e litiumit polianat, fosfati i hekurit të litiumit (LifePo4). Shumica e substancave aktive pozitive janë mekanizma të integruar të reagimit, dhe mekanizmat e tyre të stresit dhe mekanizmat e recesionit janë kryesisht për shkak të rënies së kokrrizave dhe përshkrimit të substancave aktive më sipër. Filmi SEI gjithashtu gjenerohet dhe ndikohet nga sipërfaqja e elektrodës pozitive, por sipërfaqja e elektrodës pozitive ka një potencial të lartë dhe filmi i tij SEI është shumë i hollë dhe i qëndrueshëm.

Për më tepër, materiali i elektrodës pozitive është gjithashtu i ndjeshëm ndaj ndikimit të gjenerimit të nxehtësisë së brendshme, veçanërisht kur bateria është e mbingarkuar. Në momentin e ngarkimit, elektroliti bëhet i paqëndrueshëm nën presion të lartë, gjë që rezulton në një elektrolit dhe një substancë aktive të elektrodës pozitive, e cila bën që temperatura e brendshme e baterisë të vazhdojë të rritet dhe materiali i elektrodës pozitive liron oksigjen. Përmirësimi i mëtejshëm, duke rezultuar në daljen termike jashtë kontrollit, do të shkaktojë dështim të shkatërrimit të baterisë.

Materiali pozitiv i elektrodës që ndodh gjatë ngarkimit paraprak mund të analizohet me kromatografi me gaz për të analizuar ose zbuluar strukturën e materialit të elektrodës nga struktura e materialit të elektrodës së zbulimit të spektrit me rreze X. Megjithatë, aktualisht nuk ka asnjë model dështimi që mund të parashikojë brendësinë e baterisë nga tejmbushja e gazit. Përmbledhje: Mënyra e mekanizmit të dështimit të materialit elektrodë pozitive dhe negative të baterisë së litium-jonit është e rëndësishme për zbërthimin e membranës SEI, prodhimin e kristaleve të deleguara të litiumit ose kristaleve të bakrit, pluhurin e grimcave të materialit aktiv dhe gazit të dekompozimit të nxehtësisë, etj.

Midis tyre, gjenerimi i derivateve të litiumit ose delegateve të bakrit, gazi i dekompozimit të materialit shkaktohet lehtësisht nga termikisht jashtë kontrollit të qelizës, duke shkaktuar djegien e baterisë dhe madje edhe shpërthimin. Dështimi i baterive litium-jon analizohet nga modaliteti i zbehur dhe mekanizmi optimizohet duke optimizuar materialin, strukturën e baterisë dhe përmirëson përshtatshmërinë mjedisore, besueshmërinë dhe sigurinë e baterisë. Prandaj, ka një rëndësi shumë të rëndësishme udhëzuese për prodhimin dhe aplikimin praktik të baterisë.