Liitiumioonaku rikete analüüsi ja rikkemehhanismi ülevaade

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pārnēsājamas spēkstacijas piegādātājs

1SEI kile genereerimine ja kasvatamine toimub kaubanduslikus liitiumioonakusüsteemis ning aku mahukao osa tuleneb grafiidi ja orgaanilise elektrolüüdi vahelisest kõrvalmõjust ning grafiit reageerib kergesti elektrokeemiliselt liitiumioon-orgaanilise elektrolüüdiga, eriti Lahusti on vinüülkarbonaat (EC) ja dimetüülkarbonaat (DMC). Kui liitiumioonaku on esimese laadimise (etapi) ajal, tekkis negatiivne elektrolüüt ja liitiumioonelektrolüüt ning tekkis liitiumioonelektrolüüt ning grafiidi pinnale moodustub tahke elektrolüüdi liidese (SEI) kiht, mis võib põhjustada osa pöördumatust mahutavusest. SEI-kile tagab ioonide ülekande, kaitstes samal ajal reaktiivset ainet, ja takistab aku aktiivmaterjali aktiivmaterjali töö stabiilsust, takistades samal ajal toimeainet.

Kuid aku järgneva tsükli jooksul, kuna elektroodi materjali pidev paisumine ja kokkutõmbumine põhjustab uue aktiivse saidi paljastamise, võib see põhjustada pideva kadumise rikkemehhanismi, st aku mahtuvust pidevalt langetatakse. Selle rikkemehhanismi võib seostada elektroodi pinna elektrokeemilise redutseerimise protsessiga, mida väljendatakse SEI-kile paksuse pideva suurenemisena. Seetõttu võib SEI-kile keemiliste komponentide ja morfoloogia uurimine olla põhjalikum, liitium-ioonaku mahutavuse ja võimsuse vähenemise põhjus.

SEI kile moodustamise protsess Viimastel aastatel on teadlased püüdnud uurida SEI membraanide olemust väikeste akusüsteemide demonteerimiskatsete kaudu. Aku lahtivõtmine toimub aerosooliga inertgaasi kindalaekas ( <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.

Kuigi SEI-kile iseloomustamiseks on kasutatud palju katsemeetodeid, kasutatakse täpsemate ja otsesemate viiside iseloomustamiseks akus kasvava SEI-kile tegelikku mudelit. Raskus seisneb selles, et SEI-kile on keeruline mitmesuguste ainetega, nagu orgaanilised ja anorgaanilised, ning koostisosad on keerulised ning väga habras ja kergesti reageerivad keskkonnale. Kui see on vale, on SEI filmi tõest teavet raske hankida.

SEI kile paksenemine on tüüpiline elektrokeemiline parasiitne kõrvalreaktsioon, millel on tihe seos reaktsiooni kineetika, massiülekande protsessi ja aku struktuurigeomeetriaga. Kuid SEI-kile muutus ei too otseselt kaasa destruktiivse rikke ebaõnnestumist ja selle lagunemine põhjustab ainult aku sisetemperatuuri tõusu, mis omakorda võib põhjustada lagunemisgaasi ja tugev kuumus põhjustab termilise kontrolli alt väljumise. FMMEA-s peetakse SEI-kile teket ja kasvu kadumismehhanismiks, mis võib põhjustada aku mahu vähenemise ja sisemise impedantsi suurenemise.

2 liitiumdendriiti tekivad, kui aku laaditakse kiiresti nimivoolust suurema voolutihedusega ja negatiivne pind on kergesti moodustatav metallist liitiumdendriidiks. Seda dendriitkristalli on kerge diafragma läbistada, põhjustades aku sees lühise. Selline olukord võib põhjustada aku hävimise ebaõnnestumise ja seda on raske tuvastada enne aku lühistamist.

Viimastel aastatel on teadlased uurinud liitiumdendriidi kasvukiirust ja seost liitiumdendriitide kasvukiiruse ja liitiumdendriitide liitiumioonide difusioonivõime vahel. Katsed näitavad, et liitiumdelegra kasvu on terviklikus akusüsteemis raske tuvastada või jälgida ning praegune mudel piirdub liitiumdendriitide kasvuga ühe süsteemi all. Eksperimentaalses süsteemis saab kvartsklaasist valmistatud läbipaistev aku jälgida liitiumdendriitide kasvuprotsessi kohapeal.

Zhang Yuegono teadur Suzhou nanotehnoloogia ja nanobioonilise uurimisinstituudi minu riigis on paljastanud liitiumdendriitide moodustumise protsessi (nagu on näidatud videol) skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) tehnoloogias. Kaubanduslikus liitiumioonakusüsteemis on liitiumiokste esialgset vaatlust siiski raske saavutada. Universaalne olukord on jälgida selle liitiumi haru kristalle, võttes aku lahti.

Kuna liitiumiharu aktiivsus on aga väga kõrge, on generatsiooni üksikasju keeruline analüüsida. Zier et al. Tehti ettepanek joonistada elektroodide elektronmikrogramme, värvides elektroodi struktuuri, et määrata dendriitide asukoht.

Kui enne aku demonteerimist on liitiumi haru kristallide teke põhjustanud sisemise lühise, siis võib seda dendriitkristalli osa olla raske jälgida, kuna sisemise lühise tohutu impulssvool võib põhjustada liitiumiharu kristalliseerumist. Diafragma lokaalne mikropoorne sulgemine viitab liitiumdendriitide võimalikule kasvupositsioonile, kuid need osad võivad olla osaliselt ülekuumenenud või põhjustatud metallide lisanditest. Seetõttu on liitiumiharude tekke ennustamiseks tõrkemudelite edasiarendamine ja samal ajal väga mõttekas uurida elu ja ebaõnnestumise suhteid erinevates töötingimustes.

3 Toimeaineosakeste polsterdamine on kiirlaadimise ja tühjenemise või elektroodi toimeaine väljastamisel ebaühtlane, toimeaine on kalduvus pulbriks või killuks. Üldiselt, kui aku pikendatakse, võivad mikronisuurused osakesed, ioonide sisemine pinge puruneda. Esialgset pragu saab jälgida SEM-iga aktiivse materjali osakeste pinnal.

Liitiumioonide korduva kinnitumise tõttu laienevad praod pidevalt, mille tulemuseks on osakeste pragunemine. Pragunevad osakesed paljastavad uue aktiivse pinna ja uuele pinnale tekib SEI-kile. Liitiumioonide põimimispinge uurimise ja analüüsi abil saate paremini kujundada aku elektroodide materjale.

Christensen ja Newman jt. Töötas välja esialgse liitiumioonidega manustatud pingemudeli ja teised teadlased on laiendanud erinevaid materjale ning materjalide ja materjalide geomeetrilist morfoloogiat. Ioonidega varjatud stressimudel aitab teadlastel välja töötada rohkem toimeaineid.

Siiski uuritakse edasi aktiivse materjali osakeste mahu ja võimsuse kaotust ning ennustatakse igakülgselt osakeste killustumise rikkemehhanismi, mis ennustab liitiumioonakude eluiga. Elektroodi materjali mahumuutus võib põhjustada ka toimeaine mahalaadimist voolukollektoriga, nii et see osa toimeainest pole saadaval. Aktiivse materjali inconed liitiumiprotsessiga kaasneb ioonide migratsioon ja elektronide välismigratsioon aku sees.

Kuna elektrolüüt on elektrooniliselt isoleeritud, saab tarnida ainult ioone. Elektronide juhtimine on oluline juhtiva võrgustiku jaoks, mille elektrit juhtiv aine moodustab elektroodi pinnast. Elektroodi materjali mahu sagedased muutused võivad põhjustada osaliste aktiivsete ainete sattumist juhtivast võrgust, moodustades isoleeritud süsteemi, mis pole saadaval.

Seda muutust elektroodi struktuuris saab mõõta sellise meetodiga nagu poorsus või eripind. Seda protsessi saab jahvatada ka elektroodi pinna jahvatamisel fokaalse ioonkiire (FIB) abil, kasutades SEM-i morfoloogilise vaatluse või röntgentomograafia testi tegemiseks SEM-i abil. Si-negatiivse elektroodi materjal puhastatakse ja lahutatakse juhtivast võrgust.

Positiivse elektroodi toimeaine positiivse elektroodi toimeaineks on enamasti siirdemetallioksiid, näiteks liitiumkobaltaat (LiMn2O4) või polüanaat Liitiumisool, liitiumraudfosfaat (LifePo4). Suurem osa positiivsetest toimeainetest on sisseehitatud reaktsioonimehhanismid ning nende stressimehhanismid ja langusmehhanismid on enamasti tingitud graanulite kukkumisest ja ülaltoodud toimeainete kirjeldusest. SEI-kile genereeritakse ja seda mõjutab ka positiivse elektroodi pind, kuid positiivse elektroodi pinnal on suur potentsiaal ning selle SEI-kile on väga õhuke ja stabiilne.

Lisaks on positiivse elektroodi materjal vastuvõtlik ka sisemise soojuse tekkele, eriti kui aku on ületoolis. Laadimise hetkel muutub elektrolüüt kõrge rõhu all ebastabiilseks, mille tulemusena tekib elektrolüüt ja positiivse elektroodi aktiivaine, mis põhjustab aku sisetemperatuuri jätkuvat tõusu ning positiivse elektroodi materjalist eraldub hapnik. Edasine uuendamine, mille tulemuseks on termiline kontrolli alt väljumine, põhjustab aku hävimise tõrke.

Eellaadimise ajal tekkivat positiivset elektroodi materjali saab analüüsida gaasikromatograafiaga, et analüüsida või tuvastada elektroodi materjali struktuuri röntgenspektri tuvastamise elektroodi materjali struktuuri abil. Siiski ei ole praegu ühtegi rikkemudelit, mis suudaks ennustada aku sisemust ülelaetud gaasi ülevoolu tõttu. Kokkuvõte: Liitium-ioonaku positiivse ja negatiivse elektroodi materjali rikkemehhanismi režiim on oluline SEI membraani lagunemisel, liitiumi delegeeritud kristallide või vaskpriini kristallide, aktiivse materjali osakeste pulbri ja soojuslagunemisgaasi tootmisel jne.

Nende hulgas on liitiumi derivaatide või vase delegaatide teke, materjali lagunemisgaas on kergesti põhjustatud termilise elemendi kontrolli alt väljumisest, mis põhjustab aku põlemist ja isegi plahvatust. Liitium-ioonakude rikkeid analüüsitakse tuhmunud režiimi abil ning mehhanismi optimeeritakse aku materjali, struktuuri optimeerimise ning aku keskkonnaga kohanemise, töökindluse ja ohutuse parandamise teel. Seetõttu on aku tootmisel ja praktilisel rakendamisel väga oluline suunav tähtsus.