Kinatibuk-ang Pagtuki sa Kapakyasan nga Pagtuki ug Fault Mechanism sa Lithium Ion Battery

著者：Iflowpower – Provedor de central eléctrica portátil

Ang henerasyon ug pagtubo sa 1SEI nga pelikula anaa sa usa ka komersyal nga lithium-ion nga sistema sa baterya, ug ang bahin sa pagkawala sa kapasidad sa baterya gikan sa side effect tali sa graphite ug organic electrolyte, ug ang graphite dali nga electrochemically reacted sa lithium ion organic electrolyte, ilabi na ang Solvent mao ang vinyl carbonate (EC) ug dimethyl carbonate (DMC). Kung ang baterya sa lithium ion sa una nga pag-charge (yugto), ang negatibo nga electrolyte ug ang lithium ion electrolyte nahitabo ug ang lithium ion electrolyte nahitabo ug usa ka layer sa solid electrolyte interface (SEI) nga pelikula ang naporma sa graphite nga nawong, nga mahimong hinungdan sa usa ka bahin sa dili mabag-o nga kapasidad. Gisiguro sa SEI nga pelikula ang pagpasa sa mga ion samtang gipanalipdan ang reaktibo nga substansiya, ug gipugngan ang kalig-on sa aktibo nga materyal nga operasyon sa aktibo nga materyal sa baterya samtang gipugngan ang aktibo nga sangkap.

Bisan pa, sa panahon sa sunod nga siklo sa baterya, tungod kay ang kanunay nga pagpalapad ug pagkubkob sa materyal nga electrode hinungdan sa usa ka bag-ong aktibo nga site nga ibutyag, kini mahimong hinungdan sa usa ka padayon nga pagkawala sa mekanismo sa pagkapakyas, nga mao, ang kapasidad sa baterya padayon nga gipaubos. Kini nga mekanismo sa kapakyasan mahimong ikapasangil sa proseso sa pagkunhod sa electrochemical sa ibabaw sa electrode, nga gipahayag ingon nga padayon nga pagtaas sa gibag-on sa SEI film. Busa, ang pagtuon sa SEI film chemical components ug morphology mahimong mas lawom, ang hinungdan sa lithium-ion nga kapasidad sa baterya ug pagkunhod sa gahum.

Proseso sa pagporma sa pelikula sa SEI Sa bag-ohay nga mga tuig, gisulayan sa mga tigdukiduki nga tun-an ang kinaiyahan sa mga membrana sa SEI pinaagi sa pagbungkag sa mga eksperimento sa gagmay nga mga sistema sa baterya. Ang proseso sa pag-disassembly sa baterya gihimo sa usa ka aerosolic inert gas glove box ( <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.

Bisan tuod daghang mga pamaagi sa pagsulay ang gigamit sa pag-ila sa SEI nga pelikula, ang aktuwal nga modelo sa SEI nga pelikula nga motubo diha sa baterya gigamit sa pag-ila sa mas abante ug direkta nga mga paagi. Ang kalisud mao nga ang SEI nga salida komplikado sa nagkalainlaing mga substansiya sama sa organiko ug dili organiko, ug ang sangkap komplikado, ug kini mahuyang ug sayon ​​​​nga motubag sa kalikupan. Kon kini dili husto, lisud ang pagkuha sa tinuod nga impormasyon sa SEI nga pelikula.

Ang pagpalapot sa SEI nga pelikula usa ka tipikal nga electrochemical parasitic side reaction, nga adunay suod nga relasyon sa reaction kinetics, mass transfer process, ug structural geometry sa battery. Bisan pa, ang pagbag-o sa SEI nga pelikula dili direkta nga mosangpot sa kapakyasan sa makadaut nga kapakyasan, ug ang pagkadunot niini magpahinabo lamang sa pagtaas sa internal nga temperatura sa baterya, nga sa baylo mahimong hinungdan sa pagkadunot sa gas, ug ang grabe nga kainit makapahinabo sa kainit nga dili makontrol. Sa FMMEA, ang pagporma ug pagtubo sa SEI nga pelikula giisip nga usa ka mekanismo sa pagkawala, nga mahimong hinungdan sa pagkunhod sa kapasidad sa baterya ug pagdugang sa internal nga impedance.

Ang 2 Lithium dendrites makamugna, kung ang baterya dali nga ma-charge sa usa ka kasamtangan nga densidad nga mas taas kaysa sa iyang gi-rate nga kasamtangan, ug ang negatibo nga nawong dali nga maporma aron mahimong usa ka metal nga lithium dendride. Kini nga dendritic nga kristal dali nga molusot sa diaphragm, hinungdan sa usa ka mubo nga sirkito sa sulod sa baterya. Kini nga sitwasyon mahimong moresulta sa kapakyasan sa pagkaguba sa baterya, ug kini lisud nga mahibal-an sa dili pa ang baterya mo-short-circuited.

Sa bag-ohay nga mga tuig, gitun-an sa mga tigdukiduki ang rate sa pagtubo sa lithium dendride ug ang relasyon tali sa rate sa pagtubo sa lithium dendrites ug ang kapasidad sa pagsabwag sa lithium ion sa lithium dendrites. Gipakita sa mga eksperimento nga ang pagtubo sa lithium delegra lisud nga makit-an o maobserbahan sa usa ka kompleto nga sistema sa baterya, ug ang karon nga modelo limitado sa pagtubo sa lithium dendrites sa ilawom sa usa ka sistema. Sa eksperimento nga sistema, ang transparent nga baterya nga gitukod sa quartz nga bildo maka-obserbar sa proseso sa pagtubo sa lithium dendrites sa situ.

Ang tigdukiduki sa Zhang Yuegono sa Suzhou Nanotechnology ug Nano Bionic Research Institute sa akong nasud nagpadayag sa proseso sa pagporma sa lithium dendrites (sama sa gipakita sa video) nga teknolohiya sa teknolohiya sa scanning electron microscope (SEM). Bisan pa, sa komersyal nga sistema sa baterya sa lithium-ion, lisud nga makab-ot ang orihinal nga obserbasyon sa mga sanga sa lithium. Ang unibersal nga kahimtang mao ang pag-obserbar sa mga kristal nga sanga sa lithium pinaagi sa pagbungkag sa baterya.

Bisan pa, tungod kay ang kalihokan sa sanga sa lithium taas kaayo, lisud ang pag-analisar sa mga detalye sa henerasyon. Zier ug uban pa. Gisugyot nga magdrowing og electrode electron micrograms pinaagi sa pagtina sa istruktura sa electrode aron mahibal-an ang posisyon sa mga dendrite.

Kung sa wala pa ang pagbungkag sa baterya, ang henerasyon sa lithium branch nga kristal ang hinungdan sa sulod nga mubo nga sirkito sa sulod, nan kini nga bahin sa dendritic nga kristal mahimong lisud nga maobserbahan tungod kay ang dako nga pulso nga kasamtangan sa internal nga short circuit mahimong hinungdan sa lithium branch crystallization. Ang lokal nga microporous nga pagsira sa diaphragm nagsugyot nga ang posible nga pagtubo nga posisyon sa lithium dendrites, apan kini nga mga bahin mahimong partially overheating o tungod sa metal kahugawan kontaminante. Busa, ang dugang nga kalamboan sa kapakyasan modelo sa pagtagna sa pagtunga sa lithium sanga, ug sa samang higayon, kini mao ang kaayo makahuluganon sa pagtuon sa kinabuhi ug kapakyasan nga relasyon ubos sa lain-laing mga kahimtang sa pagtrabaho.

3 Ang pollization sa aktibo nga mga partikulo sa materyal dili patas sa pag-apod-apod sa paspas nga pagsingil ug pag-discharge o electrode nga aktibo nga sangkap, ang aktibo nga materyal dali nga mapulbos o mabuak. Sa kinatibuk-an, samtang ang baterya gipalapdan, ang micron-kadako nga mga partikulo, ang internal nga stress sa ion mahimong mabuak. Ang inisyal nga liki mahimong maobserbahan sa SEM sa ibabaw sa mga partikulo sa aktibo nga materyal.

Ingon nga gibalikbalik nga pag-embed sa mga lithium ion, ang mga liki kanunay nga naglugway, nga miresulta sa pag-crack sa mga partikulo. Ang mga partikulo nga nag-crack magbutyag sa bag-ong aktibo nga nawong, ug ang SEI nga pelikula mamugna sa bag-ong nawong. Pinaagi sa panukiduki ug pagtuki sa lithium ion embedding stress, mas maayo nga disenyo sa mga materyales sa electrode sa baterya.

Christensen ug Newman et al. Gipalambo ang inisyal nga lithium-ion nga naka-embed nga stress model, ug ang ubang mga tigdukiduki nagpalapad sa lain-laing mga materyales, ug ang geometric nga morpolohiya sa mga materyales, ug mga materyales. Ang Ion embedded stress model makapadali sa mga tigdukiduki sa pagdesinyo ug mas aktibong mga substansiya.

Bisan pa, ang pagkawala sa kapasidad ug gahum sa aktibo nga mga partikulo sa materyal dugang nga gitun-an, ug ang mekanismo sa pagkapakyas sa pagkabahinbahin sa partikulo komprehensibo nga gitagna aron matagna ang kinabuhi sa mga baterya sa lithium-ion. Ang pagbag-o sa gidaghanon sa materyal nga elektrod mahimo usab nga hinungdan nga ang aktibo nga sangkap madiskarga sa karon nga kolektor, aron kini nga bahin sa aktibo nga sangkap dili magamit. Ang inconed lithium nga proseso sa aktibong materyal giubanan sa ion migration ug external electron migration sulod sa battery.

Tungod kay ang electrolyte gi-insulated sa elektroniko, ang mga ion lamang ang mahatag. Ang pagpahigayon sa mga electron importante sa conductive network nga gitukod sa electrode surface sa conductive agent. Ang kanunay nga mga pagbag-o sa gidaghanon sa materyal nga elektrod mahimong moresulta sa partial nga aktibo nga mga sangkap gikan sa conductive network aron maporma ang usa ka hilit nga sistema, nga wala magamit.

Kini nga pagbag-o sa istruktura sa elektrod mahimong masukod pinaagi sa pagsukod sa usa ka pamaagi sama sa usa ka porosity o usa ka piho nga lugar sa nawong. Kini nga proseso mahimo usab nga galingon pinaagi sa paggaling sa electrode surface gamit ang focal ion beam (FIB), gamit ang SEM sa paghimo sa morphological observation o X-ray tomography test gamit ang SEM. Ang negatibo nga electrode nga materyal gilimpyohan ug gitangtang gikan sa conductive network.

Ang positibo nga electrode aktibo nga substansiya sa positibo nga electrode aktibo nga substansiya kasagaran transisyon metal oxide, sama sa lithium cobaltate (LiMn2O4), o polyanate Lithium asin, lithium puthaw phosphate (LifePo4). Kadaghanan sa mga positibo nga aktibo nga sangkap mao ang naka-embed nga mga mekanismo sa reaksyon, ug ang ilang mga mekanismo sa stress ug mga mekanismo sa pag-urong kasagaran tungod sa pagkahulog sa mga granule ug ang paghulagway sa mga aktibo nga sangkap sa ibabaw. Ang SEI film usab namugna ug apektado sa nawong sa positibo nga electrode, apan ang nawong sa positibo nga electrode adunay usa ka taas nga potensyal, ug ang iyang SEI pelikula mao ang kaayo manipis ug lig-on.

Dugang pa, ang positibo nga materyal sa electrode dali usab nga maimpluwensyahan sa internal nga henerasyon sa kainit, labi na kung ang baterya na-overchair. Sa panahon sa pagsingil, ang electrolyte mahimong dili lig-on ubos sa taas nga presyur, nga moresulta sa usa ka electrolyte ug ang positibo nga electrode aktibo nga substansiya, nga maoy hinungdan sa internal nga temperatura sa baterya nga magpadayon sa pagtaas, ug ang positibo nga electrode nga materyal nagpagawas sa oxygen. Dugang nga pag-upgrade, nga moresulta sa thermal out-of-control, kini hinungdan sa pagkaguba sa kapakyasan sa baterya.

Ang positibo nga materyal sa electrode nga mahitabo sa panahon sa pre-charge mahimong analisahon pinaagi sa gas chromatography aron ma-analisa o makit-an ang istruktura nga materyal sa electrode pinaagi sa X-ray spectrum detection electrode material structure. Bisan pa, sa pagkakaron walay modelo sa kapakyasan nga makatagna sa sulod sa baterya pinaagi sa overcharged nga gas overflow. Katingbanan: Ang mekanismo sa pagkapakyas nga paagi sa lithium-ion nga baterya nga positibo ug negatibo nga electrode nga materyal hinungdanon sa pagkadunot sa SEI membrane, ang paghimo sa lithium delegated nga kristal o copperprine nga mga kristal, ang pulbos sa aktibong mga partikulo sa materyal ug ang init nga pagkadunot sa gas, ug uban pa.

Lakip kanila, ang kaliwatan sa lithium derivatives o tumbaga delegths, ang materyal nga decomposition gas mao ang dali nga tungod sa kainit gikan sa kontrol sa cell, hinungdan sa pagkasunog sa baterya, ug bisan sa pagbuto. Ang kapakyasan sa mga baterya sa lithium-ion gi-analisa sa faded mode, ug ang mekanismo gi-optimize pinaagi sa pag-optimize sa materyal sa baterya, istruktura, ug pagpaayo sa pagpahiangay sa kalikopan, kasaligan ug kaluwasan sa baterya. Busa, adunay usa ka importante kaayo nga giya nga kahulogan alang sa produksyon ug praktikal nga paggamit sa baterya.