Superrigardo de Fiasko-Analizo kaj Faŭlto-Mekanismo de Litiojona Baterio

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Portable Power Station Supplier

La generacio kaj kresko de la 1SEI-filmo estas en komerca litio-jona bateriosistemo, kaj la bateria kapablo-perdo-parto estas de la kromefiko inter grafito kaj organika elektrolito, kaj la grafito estas facile elektrokemie reagata kun litiojona organika elektrolito, precipe Solvento estas vinila karbonato (EC) kaj dimetilkarbonato (DMC). Kiam la litiojona baterio estas dum la unua ŝargado (etapo), la negativa elektrolito kaj la litiojona elektrolito okazis kaj la litiojona elektrolito okazis kaj tavolo de solida elektrolita interfaco (SEI) filmo formiĝas en la grafita surfaco, kiu povas kaŭzi parton de la neinversigebla kapablo. La SEI-filmo certigas la transdonon de jonoj protektante la reaktivan substancon, kaj malhelpas la stabilecon de la aktiva materialo funkciado de la kuirilaro aktiva materialo dum malhelpas la aktivan substancon.

Tamen, dum la posta ciklo de la baterio, ĉar la konstanta ekspansio kaj kuntiriĝo de la elektroda materialo kaŭzas novan aktivan lokon elmontri, tio povas kaŭzi daŭran perdan fiaskan mekanismon, tio estas, la kapablo de la baterio estas senĉese malaltigita. Ĉi tiu malsukcesa mekanismo povas esti atribuita al la elektrokemia redukta procezo de la surfaco de la elektrodo, kiu estas esprimita kiel la kontinua pliiĝo en la dikeco de la SEI-filmo. Tial, la studo de SEI filmo kemiaj komponantoj kaj morfologio povas esti pli profunda, la kaŭzo de litio-jona baterio kapablo kaj potenco malkresko.

SEI filmforma procezo En la lastaj jaroj, esploristoj provis studi la naturon de SEI-membranoj per malmuntado de eksperimentoj de malgrandaj baterisistemoj. La malmuntado de la kuirilaro okazas en aerosola inerta gasa gantujo ( <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.

Kvankam multaj testmetodoj estis uzitaj por karakterizi la SEI-filmon, la fakta modelo de la SEI-filmo kreskas en la baterio estas utiligita por karakterizi pli progresintajn kaj rektajn manierojn. La malfacilaĵo estas, ke la SEI-filmo estas komplika kun diversaj substancoj kiel organikaj kaj neorganikaj, kaj la ingredienco estas komplika, kaj ĝi estas tre delikata kaj facile respondi al la medio. Se ĝi estas nedeca, estas malfacile akiri la veran informon de la SEI-filmo.

La dikiĝo de la SEI-filmo estas tipa elektrokemia parazita flanka reago, kiu havas proksiman rilaton kun la reakcia kinetiko, amastransiga procezo kaj struktura geometrio de la baterio. Tamen, la ŝanĝo de la SEI-filmo ne rekte kondukas al la malsukceso de detrua fiasko, kaj ĝia putriĝo nur kaŭzos pliigon de la interna temperaturo de la kuirilaro, kiu siavice povas kaŭzi la putriĝantan gason, kaj severa varmego kaŭzos termikan eksterkontrolon. En FMMEA, la formado kaj kresko de la SEI-filmo estas konsiderata kiel perdmekanismo, kiu povas kaŭzi la baterion redukti kapaciton kaj pliigi internan impedancon.

2 Litiaj dendritoj generas, se la kuirilaro estas rapide ŝargita je kurenta denseco pli alta ol ĝia taksita kurento, kaj la negativa surfaco estas facile formita por formi metalan litian dendridon. Ĉi tiu dendrita kristalo estas facile trapiki la diafragmon, kaŭzante fuŝkontakton ene de la baterio. Ĉi tiu situacio povas rezultigi malsukceson de bateriodetruo, kaj estas malfacile detekti antaŭ ol la baterio estas mallongigita.

En la lastaj jaroj, la esploristoj studis la kreskorapidecon de litia dendrido kaj la rilaton inter la kreskorapideco de litiaj dendritoj kaj la litiojona disvastigo de litiodendritoj. Eksperimentoj montras, ke la kresko de litio delegra estas malfacile detektebla aŭ observita en kompleta bateriosistemo, kaj la nuna modelo estas limigita al la kresko de litio-dendritoj sub ununura sistemo. En la eksperimenta sistemo, la travidebla kuirilaro konstruita per kvarca vitro povas observi la kreskoprocezon de litiaj dendritoj surloke.

La esploristo de Zhang Yuegono en Suzhou-a Nanoteknologio kaj Nano-Biona Esplorinstituto en mia lando malkaŝis la formprocezon de litiaj dendritoj (kiel montras video) teknologio en la skana elektrona mikroskopa (SEM) teknologio. Tamen, en la komerca litio-jona bateriosistemo, estas malfacile atingi la originan observadon de litiaj branĉoj. La universala situacio estas observi ĝiajn litiajn branĉokristalojn per malmuntado de la kuirilaro.

Tamen, ĉar la aktiveco de la litia branĉo estas tre alta, estas malfacile analizi la detalojn de la generacio. Zier et al. Proponite tiri elektrodajn elektronmikrogramojn tinkturfarbante la elektrodstrukturon por determini la pozicion de la dendritoj.

Se antaŭ la malmuntado de la kuirilaro, la generacio de litia branĉa kristalo kaŭzis la internan kurtcirkviton interne, tiam ĉi tiu parto de la dendrita kristalo povas esti malfacile observi ĉar la grandega pulsfluo de la interna kurta cirkvito povas kaŭzi litian branĉon kristaliĝon. La loka mikropora fermo de la diafragmo sugestas, ke la ebla kreskopozicio de litio-dendritoj, sed ĉi tiuj partoj povas esti parte trovarmiĝantaj aŭ kaŭzitaj de metalaj malpuraj poluaĵoj. Sekve, pluevoluigo de fiaskaj modeloj antaŭdiri la aperon de litiaj branĉoj, kaj samtempe, estas tre signifa studi vivon kaj malsukcesan rilaton sub malsamaj laborkondiĉoj.

3 La polizado de la aktivaj materialaj eroj estas malebena en la disdono de rapida ŝarĝo kaj malŝarĝo aŭ elektrodo aktiva substanco, la aktiva materialo estas inklina al pulvoro aŭ fragmentiĝo. Ĝenerale, kiel la baterio estas etendita, la mikron-grandaj eroj, la interna streso de jono povas esti rompita. La komenca fendeto povas esti observita per SEM sur la surfaco de la aktivaj materialaj partikloj.

Kiel la ripeta enkonstruado de litiojonoj, la fendoj konstante etendiĝas, rezultigante partiklojn fendetiĝantajn. La krakaj partikloj elmontros la novan aktivan surfacon, kaj la SEI-filmo estas generita sur la nova surfaco. Per esplorado kaj analizo de litio-jono enkonstruanta streson, pli bone desegni bateriajn elektrodmaterialojn.

Christensen kaj Newman et al. Disvolvis la komenca litio-jono enigita streso modelo, kaj aliaj esploristoj vastigis malsamajn materialojn, kaj la geometria morfologio de materialoj, kaj materialoj. Jona enigita stresmodelo faciligos esploristojn desegni pli aktivajn substancojn.

Tamen, la perdo de kapablo kaj potenco de aktivaj materialaj partikloj estas plue studata, kaj la malsukcesa mekanismo de partikla fragmentiĝo estas amplekse antaŭvidita por antaŭdiri la vivon de litiojonaj kuirilaroj. La volumenoŝanĝo de la elektrodmaterialo ankaŭ povas kaŭzi la aktivan substancon esti malŝarĝita kun la nuna kolektilo, tiel ke ĉi tiu parto de la aktiva substanco ne estas disponebla. La inconed-litia procezo de la aktiva materialo estas akompanata de jona migrado kaj ekstera elektrona migrado ene de la baterio.

Ĉar la elektrolito estas elektronike izolita, nur jonoj nur povas esti liveritaj. La konduto de elektronoj estas grava al la kondukta reto konstruita per la elektrodsurfaco de la kondukta agento. Oftaj ŝanĝoj en la volumeno de la elektrodmaterialo povas rezultigi partajn aktivajn substancojn de la kondukta reto por formi izolitan sistemon, kiu ne estas havebla.

Tiu ŝanĝo en la elektrodstrukturo povas esti mezurita per mezurado de metodo kiel ekzemple poreco aŭ specifa surfacareo. Tiu procezo ankaŭ povas esti muelita muelante la elektrodsurfacon uzante la fokusan jonradion (FIB), uzante SEM por elfari morfologian observadon aŭ Rentgenfotan tomografioteston uzante SEM. Si negativa elektroda materialo estas purigita kaj eligita de la kondukta reto.

La pozitiva elektroda aktiva substanco de la pozitiva elektroda aktiva substanco estas plejparte transira metala rusto, kiel litia kobaltato (LiMn2O4), aŭ polianato Litia salo, litia fera fosfato (LifePo4). La plej multaj el la pozitivaj aktivaj substancoj estas enigitaj reakciaj mekanismoj, kaj iliaj streĉaj mekanismoj kaj recesiaj mekanismoj estas plejparte pro la falo de grajnetoj kaj la priskribo de la aktivaj substancoj supre. La SEI-filmo ankaŭ estas generita kaj tuŝita de la surfaco de la pozitiva elektrodo, sed la surfaco de la pozitiva elektrodo havas altan potencialon, kaj ĝia SEI-filmo estas tre maldika kaj stabila.

Krome, la pozitiva elektroda materialo ankaŭ estas susceptible al la influo de interna varmogenerado, precipe kiam la kuirilaro estas superseĝa. En la momento de ŝargo, la elektrolito fariĝas malstabila sub alta premo, kio rezultigas elektroliton kaj la pozitivan elektrodan aktivan substancon, kio kaŭzas, ke la interna temperaturo de la baterio daŭre altiĝas, kaj la pozitiva elektroda materialo liberigas oksigenon. Plia ĝisdatigo, rezultigante termikan eksterkontrolon, ĝi kaŭzos detruan fiaskon al la baterio.

La pozitiva elektroda materialo, kiu okazas dum la antaŭŝargo, povas esti analizita per gaskromatografio por analizi aŭ detekti la elektrodan materialan strukturon per Rentgenfota spektra detekta elektroda materiala strukturo. Tamen, ekzistas nuntempe neniu fiaskomodelo kiu povas antaŭdiri la internon de la baterio per troŝargita gassuperfluo. Resumo: La malsukcesa mekanismo-reĝimo de la pozitiva kaj negativa elektroda materialo de litio-jona kuirilaro estas grava por la putriĝo de la SEI-membrano, la produktado de litio delegita kristalo aŭ kuproprinaj kristaloj, la pulvoro de la aktivaj materialaj partikloj kaj la varmega putriĝogaso, ktp.

Inter ili, la generacio de litio derivaĵoj aŭ kupro delegths, la materialo putriĝo gaso estas facile kaŭzita de termika ekster kontrolo de la ĉelo, kaŭzante la brulado de la kuirilaro, kaj eĉ eksplodi. La fiasko de litio-jonaj kuirilaroj estas analizita per la paliĝinta reĝimo, kaj la mekanismo estas optimumigita optimumigante la materialon, strukturon de la baterio kaj plibonigas la median adaptiĝon, fidindecon kaj sekurecon de la baterio. Tial, estas tre grava gvida signifo por la produktado kaj praktika apliko de la baterio.