Litio ioietako bateriaren hutsegiteen analisiaren eta akatsen mekanismoaren ikuspegi orokorra

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Fournisseur de centrales électriques portables

1SEI pelikularen sorrera eta hazkundea litio-ioizko bateria-sistema komertzialean dago, eta bateriaren edukieraren galera zatia grafitoaren eta elektrolito organikoen arteko albo-efektuaren ondoriozkoa da, eta grafitoa elektrokimikoki erraz erreakzionatzen du litio ioi elektrolito organikoarekin, batez ere Disolbatzailea binilo karbonatoa (EC) eta dimetil karbonatoa (DMC) da. Litio ioizko bateria lehenengo kargatzean (etapan) dagoenean, elektrolito negatiboa eta litio ioi elektrolitoa gertatu eta litio ioi elektrolitoa gertatu eta elektrolito solidoen interfazearen (SEI) film geruza bat sortzen da grafitoaren gainazalean, eta horrek ahalmen itzulezinaren zati bat sor dezake. SEI filmak ioien transmisioa bermatzen du substantzia erreaktiboa babesten duen bitartean, eta bateriaren material aktiboaren funtzionamenduaren egonkortasuna eragozten du substantzia aktiboa saihesten duen bitartean.

Hala ere, bateriaren ondorengo zikloan, elektrodoaren materialaren etengabeko hedapen eta uzkurdurak gune aktibo berri bat agerian uzten duenez, horrek etengabeko galera-huts mekanismoa sor dezake, hau da, bateriaren ahalmena etengabe murrizten da. Porrot-mekanismo hau elektrodoaren gainazaleko murrizketa elektrokimiko-prozesuari egotz dakioke, SEI filmaren lodieraren etengabeko gehikuntza gisa adierazten dena. Hori dela eta, SEI filmaren osagai kimikoen eta morfologiaren azterketa sakonagoa izan daiteke, litio-ioizko bateriaren edukieraren eta potentziaren gainbeheraren kausa.

SEI filmaren eraketa prozesua Azken urteotan, ikertzaileak SEI mintzen izaera ikertzen saiatu dira bateria txikien sistemak deuseztatzeko esperimentuen bidez. Bateria desmuntatzeko prozesua gas geldo aerosolikoko eskularru-kutxa batean egiten da ( <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.

SEI filma karakterizatzeko proba-metodo asko erabili diren arren, baterian hazten den SEI filmaren benetako eredua modu aurreratuagoak eta zuzenagoak karakterizatzeko erabiltzen da. Zailtasuna da SEI filma organikoa eta ez-organikoa bezalako substantzia ezberdinekin konplikatua dela, eta osagaia konplikatua dela, eta oso hauskorra eta inguruneari erantzuteko erraza dela. Desegokia bada, zaila da SEI filmaren benetako informazioa lortzea.

SEI filmaren loditzea alboko erreakzio elektrokimiko parasito tipikoa da, erreakzio-zinetikarekin, masa-transferentzia prozesuarekin eta bateriaren egitura-geometriarekin erlazio estua duena. Hala eta guztiz ere, SEI filmaren aldaketak ez du zuzenean porrot suntsitzailearen porrota ekartzen, eta haren deskonposizioak bateriaren barne-tenperatura igotzea baino ez du eragingo, eta horrek, aldi berean, deskonposizio-gasa eragin dezake eta bero gogorrak kontrol termikoa eragingo du. FMMEAn, SEI filmaren eraketa eta hazkuntza galera mekanismotzat hartzen da, eta horrek bateriaren ahalmena murriztea eta barne inpedantzia areagotzea eragin dezake.

2 Litio-dendritoak sortzen dira, bateria azkar kargatzen bada bere korronte nominala baino korronte-dentsitate handiagoarekin, eta gainazal negatiboa erraz eratzen bada litio-dendrido metalikoa osatzeko. Kristal dendritiko honek diafragma zulatzeko erraza da, bateriaren barruan zirkuitulaburra eraginez. Egoera honek bateriaren suntsipena huts egitea eragin dezake, eta zaila da bateria zirkuitulaburra jarri aurretik hautematea.

Azken urteotan, ikertzaileek litio-dendridoaren hazkunde-tasa eta litio-dendritoen hazkuntza-tasa eta litio-dendritoen litio ioien hedapen-ahalmenaren arteko erlazioa aztertu dute. Esperimentuek erakusten dute litio-delegra-ren hazkundea bateria-sistema oso batean hautematea edo behatzea zaila dela, eta egungo eredua sistema bakar baten pean litio-dendriten hazkuntzara mugatzen da. Sistema esperimentalean, kuartzozko beiraz eraikitako bateria gardenak litio-dendriten hazkuntza-prozesua in situ beha dezake.

Nire herrialdeko Suzhou Nanoteknologia eta Nano Bionic Research Institute-ko Zhang Yuegono ikertzaileak litio-dendriten (bideoan erakusten den moduan) teknologiaren ekorketa-mikroskopio elektronikoan (SEM) teknologian eratzeko prozesua agerian utzi du. Hala ere, litio-ioizko bateria sistema komertzialean, zaila da litio-adarren jatorrizko behaketa lortzea. Egoera unibertsala bere litio-adarraren kristalak behatzea da bateria deseginez.

Hala ere, litio-adarraren jarduera oso handia denez, zaila da belaunaldiaren xehetasunak aztertzea. Zier et al. Elektrodoen mikrogramo elektronikoak marraztea proposatu da elektrodoen egitura tindatuz, dendriteen posizioa zehazteko.

Bateria desegin aurretik, litio-adar-kristalaren sorrerak barruko zirkuitu laburra eragin badu, orduan kristal dendritikoaren zati hau zaila izan daiteke behatzea, barne-zirkuitu laburren pultsu-korronte handiak litio-adar kristalizazioa eragin dezakeelako. Diafragmaren tokiko mikroporozko itxierak iradokitzen du litio-dendriten hazkuntza-posizio posiblea dela, baina zati horiek partzialki gainberotuta egon daitezke edo metal-ezpurutasun-kutsatzaileek eraginda. Hori dela eta, porrot-ereduen garapena gehiago litio-adarren agerpena aurreikusteko, eta, aldi berean, oso esanguratsua da bizitza eta porrot harremana lan baldintza desberdinetan aztertzea.

3 Material aktiboaren partikulen politizazioa irregularra da karga azkarra eta deskarga edo elektrodoaren substantzia aktiboa banatzean, material aktiboa hautsa edo zatiketa izaten da. Oro har, bateria hedatzen den heinean, mikra tamainako partikulak, ioiaren barneko estresa hautsi daiteke. Hasierako pitzadura SEM bidez ikus daiteke material aktiboen partikulen gainazalean.

Litio ioiak behin eta berriz txertatzen diren heinean, pitzadurak etengabe hedatzen ari dira, eta ondorioz partikulak pitzatzen dira. Cracking partikulek azalera aktibo berria agerian utziko dute, eta SEI filma azalera berrian sortzen da. Litio ioiaren txertatze estresaren ikerketa eta analisiaren bidez, bateriaren elektrodoen materialak hobeto diseinatzea.

Christensen eta Newman et al. Hasierako litio-ioi txertatutako estres-eredua garatu, eta beste ikertzaile batzuek material desberdinak zabaldu dituzte, eta materialen eta materialen morfologia geometrikoa. Ioien txertatutako estresaren ereduak erraztuko die ikerlariei substantzia aktiboagoak diseinatzeko.

Hala ere, material aktiboen partikulen ahalmenaren eta potentziaren galera gehiago aztertzen da, eta partikulen zatiketaren hutsegite-mekanismoak litio-ioizko baterien bizitza aurreikusten duela aurreikusten da. Elektrodoaren materialaren bolumen-aldaketak substantzia aktiboa korronte-kolektorearekin deskargatzea ere eragin dezake, substantzia aktiboaren zati hori eskuragarri ez dadin. Material aktiboaren inkoned litio-prozesua bateriaren barruko ioien migrazioa eta kanpoko elektroien migrazioa dakar.

Elektrolitoa elektronikoki isolatuta dagoenez, ioiak bakarrik horni daitezke. Elektroien jokabidea garrantzitsua da agente eroaleak elektrodoaren gainazalean eraikitako sare eroalerako. Elektrodoaren materialaren bolumenaren aldaketa sarriek sare eroaleko substantzia aktibo partzialak eragin ditzakete sistema isolatu bat osatzeko, eskuragarri ez dagoena.

Elektrodoaren egituraren aldaketa hau porositatea edo azalera zehatz bat bezalako metodo bat neurtuz neur daiteke. Prozesu hau elektrodoaren gainazala fresatzen ere egin daiteke ioi foku-sorta (FIB) erabiliz, SEM erabiliz behaketa morfologikoa edo X izpien tomografia proba egiteko SEM erabiliz. Si elektrodo negatiboaren materiala sare eroaletik garbitu eta askatzen da.

Elektrodo positiboko substantzia aktiboaren elektrodo positiboaren substantzia aktiboa batez ere trantsizio-metal oxidoa da, hala nola litio kobaltatoa (LiMn2O4), edo polianatoa Litio gatza, litio burdin fosfatoa (LifePo4). Substantzia aktibo positibo gehienak txertatutako erreakzio-mekanismoak dira, eta haien estres-mekanismoak eta atzeraldi-mekanismoak pikorren erorketa eta goiko substantzia aktiboen deskribapenaren ondoriozkoak dira gehienbat. SEI filma elektrodo positiboaren gainazalek ere sortzen eta eragiten du, baina elektrodo positiboaren gainazalak potentzial handia du eta bere SEI filma oso mehea eta egonkorra da.

Horrez gain, elektrodo positiboaren materiala barne beroa sortzearen eragina ere jasan daiteke, batez ere bateria aulki gainean dagoenean. Kargatzeko unean, elektrolitoa ezegonkor bihurtzen da presio altuan, eta horrek elektrolito bat eta elektrodo positiboaren substantzia aktiboa sortzen ditu, eta horrek bateriaren barne-tenperatura igotzen jarraitzea eragiten du eta elektrodo positiboaren materialak oxigenoa askatzen du. Berritze gehiago, kontrol termikoa desbideratuz gero, bateriaren suntsipen-porrota eragingo du.

Prekargan gertatzen den elektrodo positiboaren materiala gas-kromatografiaren bidez analizatu daiteke elektrodoaren materialaren egitura X izpien espektroa detektatzeko elektrodoaren materialaren egituraren bidez aztertzeko edo detektatzeko. Hala ere, gaur egun ez dago bateriaren barrualdea iragar dezakeenik gas gainkargatutako gas-gainetik. Laburpena: litio-ioizko bateriaren elektrodo positiboen eta negatiboen materialaren hutsegite-mekanismoa garrantzitsua da SEI mintzaren deskonposiziorako, litio-kristal delegatuak edo kobre-kristalak ekoizteko, material aktiboko partikulen hautsa eta bero-deskonposizioko gasa, etab.

Horien artean, litio-deribatuak edo kobre-delegazioak sortzea, materialaren deskonposizio-gasa erraz sortzen da zelularen kontrol termikotik kanpo, bateriaren errekuntza eraginez eta eztanda eginez ere. Litio-ioizko baterien porrota lausotutako moduaren bidez aztertzen da, eta mekanismoa optimizatzen da bateriaren materiala, egitura eta ingurumen-egokigarritasuna, fidagarritasuna eta segurtasuna hobetuz. Hori dela eta, oso garrantzitsua da bateriaren ekoizpenerako eta aplikazio praktikorako gidari-esangura garrantzitsua.