Panoramica di l&39;analisi di fallimentu è u mecanismu di difetti di a batteria di lithium ion

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A generazione è a crescita di u filmu 1SEI hè in un sistema di batterie di lithium-ion cummerciale, è a parte di perdita di capacità di a bateria hè da l&39;effettu latu trà grafite è elettrolitu organicu, è u grafite hè facilmente reagitu elettrochimicu cù l&39;elettroliti organici di lithium ion, soprattuttu Solvent hè vinyl carbonate (EC) è dimethyl carbonate (DMC). Quandu a bateria di ioni di litiu hè durante a prima carica (tappa), l&39;elettrolitu negativu è l&39;elettrolitu di ioni di litiu hè accadutu è l&39;elettrolitu di ioni di litiu hè accadutu è una strata di film d&39;interfaccia d&39;elettroliti solidi (SEI) hè furmatu in a superficia di grafite, chì pò causà una parte di a capacità irreversibile. U film SEI assicura a trasmissione di ioni mentre prutegge a sustanza reattiva, è impedisce a stabilità di u funziunamentu di u materiale attivu di u materiale attivu di a bateria mentre impedisce a sustanza attiva.

In ogni casu, durante u ciculu dopu di a bateria, postu chì l&39;espansione constante è a cuntrazione di u materiale di l&39;elettrodu causanu un novu situ attivu per espose, questu pò causà un mecanismu di fallimentu di perdita cuntinuu, vale à dì, a capacità di a bateria hè continuamente calata. Stu mecanismu di fallimentu pò esse attribuitu à u prucessu di riduzzione elettrochimica di a superficia di l&39;elettrodu, chì hè spressione cum&39;è l&39;aumentu cuntinuu di u gruixu di a film SEI. Per quessa, u studiu di cumpunenti chimichi film SEI è morfologia pò esse più in-prufundità, a causa di capacità batterie lithium-ion è calata putenza.

Prucessu di furmazione di film SEI In l&39;ultimi anni, i circadori anu pruvatu à studià a natura di e membrani SEI attraversu esperimenti di dismantling di sistemi di batterie chjuche. U prucessu di disassemblamentu di a bateria hè realizatu in una guantera di gas inerte aerosolicu ( <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.

Ancu s&39;è parechji metudi di teste sò stati utilizati per caratterizà u film SEI, u mudellu attuale di u film SEI cresce in a bateria hè utilizatu per caratterizà modi più avanzati è diretti. A difficultà hè chì u film SEI hè cumplicatu cù una varietà di sustanzi cum&39;è l&39;organi è inorganicu, è l&39;ingredientu hè cumplicatu, è hè assai fragile è faciule per risponde à l&39;ambiente. S&39;ellu hè impropriu, hè difficiule d&39;ottene l&39;infurmazione vera di u film SEI.

L&39;ispessimentu di a film SEI hè una tipica reazzione elettrochimica laterale parassita, chì hà una stretta relazione cù a cinetica di reazzione, u prucessu di trasferimentu di massa è a geometria strutturale di a bateria. In ogni casu, u cambiamentu di u film SEI ùn porta micca direttamente à u fallimentu di fallimentu distruttivu, è a so decomposizione solu pruvucarà un aumentu di a temperatura interna di a bateria, chì à u turnu pò causari u gas di descomposizione, è u caldu severu pruvucarà termale fora di cuntrollu. In FMMEA, a furmazione è a crescita di u filmu SEI hè cunsideratu un mecanismu di perdita, chì pò causà a bateria per riduce a capacità è cresce l&39;impedenza interna.

2 I dendriti di lithium generanu, se a bateria hè caricata rapidamente à una densità di corrente più altu ch&39;è a so corrente nominale, è a superficia negativa hè facilmente formata per furmà un dendride di lithium metallicu. Stu cristallu dendriticu hè faciule per pierce u diafragma, causendu un cortu circuitu in a bateria. Sta situazione pò esse risultatu in un fallimentu di a distruzzione di a bateria, è hè difficiule di scopre prima chì a bateria hè cortu-circuitata.

Nta l&39;ultimi anni, i circadori anu studiatu u ritmu di crescita di lithium dendride è a relazione trà a crescita di lithium dendrites è a capacità di diffusione di lithium ion di lithium dendrites. L&39;esperimenti mostranu chì a crescita di lithium delegra hè difficiule di detectà o d&39;osservà in un sistema di bateria cumpletu, è u mudellu attuale hè limitatu à a crescita di dendrites di lithium sottu un sistema unicu. In u sistema sperimentale, a bateria trasparente custruita da vetru di quartz pò osservà u prucessu di crescita di dendrites di lithium in situ.

L&39;investigatore Zhang Yuegono in Suzhou Nanotechnology è Nano Bionic Research Institute in u mo paese hà revelatu u prucessu di furmazione di dendrites di lithium (cum&39;è mostratu da video) tecnulugia in a tecnulugia di microscopiu elettronicu à scanning (SEM). Tuttavia, in u sistema di batterie di lithium-ion cummerciale, hè difficiule di ottene l&39;osservazione originale di rami di lithium. A situazione universale hè di osservà i so cristalli di ramu di lithium dismantling the battery.

In ogni casu, perchè l&39;attività di u ramu di lithium hè assai altu, hè difficiule di analizà i dettagli di a generazione. Zier et al. Prupostu di disegnà microgrammi di l&39;elettroni di l&39;elettrodu tinghjendu a struttura di l&39;elettrodu per determinà a pusizione di i dendriti.

Sè prima di dismantizà a bateria, a generazione di cristalli di ramu di lithium hà causatu u cortu circuitu in l&39;internu, allora sta parte di u cristallu dendriticu pò esse difficili d&39;osservà perchè l&39;immensa corrente di impulsu di u cortu circuitu internu pò causà cristallizazione di ramu di lithium. U chjusu microporous lucale di u diafragma suggerisce chì a pussibile pusizioni di crescita di i dendriti di lithium, ma queste parti pò esse parzialmente surriscaldatu o causatu da contaminanti impurità metalliche. Per quessa, u più sviluppu di mudelli fallimentu à predict l &39;emergenza di rami lithium, è à u listessu tempu, hè assai significativu à studià a vita è fallimentu rilazioni sottu differente cundizioni di travagliu.

3 A polizazione di e particelle di materiale attivu hè irregolare in a dispensazione di carica rapida è scaricamentu o sustanza attiva di l&39;elettrodu, u materiale attivu hè propensu à a polvera o a frammentazione. In generale, cum&39;è a bateria hè allargata, i particeddi micron-sized, u stress internu di ioni pò esse rottu. U crack iniziale pò esse osservatu da SEM nantu à a superficia di e particelle di materiale attivu.

Cum&39;è l&39;incrustazione ripetuta di ioni di lithium, i cracke si stendenu constantemente, risultatu in particelle cracking. I particeddi cracking esposeranu a nova superficia attiva, è a film SEI hè generata nantu à a nova superficia. Per a ricerca è l&39;analisi di u stress incrustatu di ioni di litiu, i materiali di l&39;elettrodi di a batteria di cuncepimentu megliu.

Christensen è Newman et al. Sviluppatu u mudellu di stress lithium-ion incrustati nizziali, è altri circadori hannu allargatu differente materiali, è a morfologia geomètrica di materiali, è materiali. U mudellu di stress incrustatu di ioni faciliterà i circadori à cuncepisce sustanzi più attivi.

In ogni casu, a perdita di capacità è di putenza di particeddi di materiale attivu hè studiata più, è u mecanismu di fallimentu di frammentazione di particelle hè cumplettamente previstu per predichendu a vita di e batterie di lithium-ion. U cambiamentu di u voluminu di u materiale di l&39;elettrodu pò ancu pruvucà a sustanza attiva per esse scaricata cù u cullettore attuale, perchè sta parte di a sustanza attiva ùn hè micca dispunibule. U prucessu di lithium inconed di u materiale attivu hè accumpagnatu da a migrazione di ioni è a migrazione di l&39;elettroni esterni in a bateria.

Siccomu l&39;elettrolitu hè insulatu elettronicamente, solu i ioni ponu esse furniti. A cunduzzione di l&39;elettroni hè impurtante per a reta conduttiva custruita da a superficia di l&39;elettrodu da l&39;agente conduttivu. I cambiamenti frequenti in u voluminu di u materiale di l&39;elettrodu ponu risultatu in sustanzi attivi parziali da a reta conduttiva per furmà un sistema isolatu, chì ùn hè micca dispunibule.

Stu cambiamentu in a struttura di l&39;elettrodu pò esse misurata per mezu di un metudu cum&39;è una porosità o una superficia specifica. Stu prucessu pò ancu esse fresatu fresendu a superficia di l&39;elettrodu cù u fasciu di ioni focali (FIB), usendu SEM per fà l&39;osservazione morfologica o una prova di tomografia di raghji X cù SEM. U materiale di l&39;elettrodu negativu Si hè puliti è disimpegnatu da a reta conduttiva.

A sustanza attiva di l&39;elettrodu pusitivu di a sustanza attiva di l&39;elettrodu pusitivu hè soprattuttu l&39;ossidu di metalli di transizione, cum&39;è cobaltate di lithium (LiMn2O4), o polianate Sali di litiu, fosfatatu di ferru di lithium (LifePo4). A maiò parte di i sustanzi attivi pusitivi sò meccanismi di reazzione incrustati, è i so meccanismi di stress è i miccanismi di recessione sò soprattuttu per a caduta di granuli è a descrizzione di i sustanzi attivi sopra. U film SEI hè ancu generatu è affettatu da a superficia di l&39;elettrodu pusitivu, ma a superficia di l&39;elettrodu pusitivu hà un altu putenziale, è a so film SEI hè assai fina è stabile.

Inoltre, u materiale di l&39;elettrodu pusitivu hè ancu suscettibile à l&39;influenza di a generazione di u calore internu, soprattuttu quandu a bateria hè overchaired. À u mumentu di a carica, l&39;elettrolitu diventa inestabile sottu una pressione alta, chì risultatu in un elettrolitu è ​​a sustanza attiva di l&39;elettrodu pusitivu, chì face chì a temperatura interna di a bateria cuntinueghja à cresce, è u materiale di l&39;elettrodu pusitivu libera l&39;ossigenu. Ulteriore aghjurnamentu, risultatu in u termale fora di cuntrollu, pruvucarà fallimentu di distruzzione à a bateria.

U materiale di l&39;elettrodu pusitivu chì si trova durante a pre-carica pò esse analizatu da cromatografia di gas per analizà o detectà a struttura di materiale di l&39;elettrodu da a struttura di materiale di l&39;elettrodu di rilevazione di spettru di raghji X. Tuttavia, ùn ci hè attualmente un mudellu di fallimentu chì pò predichendu l&39;internu di a bateria per overflow di gas overcharged. Riassuntu: U modu di u mecanismu di fallimentu di u materiale di l&39;elettrodu pusitivu è negativu di a bateria di lithium-ion hè impurtante per a descomposizione di a membrana SEI, a produzzione di cristalli di lithium delegate o di cristalli di copperprine, a polvera di particelle di materiale attivu è u gas di descomposizione di calore, etc.

Frà elli, a generazione di derivati ​​di lithium o delegths di ramu, u gasu di descomposizione materiale hè facilmente causatu da u termale fora di u cuntrollu di a cellula, pruvucannu a combustione di a bateria, è ancu esplusioni. U fallimentu di e batterie di lithium-ion hè analizatu da u modu faded, è u mecanismu hè ottimizatu ottimizendu u materiale, a struttura di a batteria, è migliurà l&39;adattabilità ambientale, l&39;affidabilità è a sicurità di a bateria. Dunque, ci hè un significatu di guida assai impurtante per a produzzione è l&39;applicazione pratica di a bateria.