Pregled analize kvarova i mehanizma kvara litij-ionske baterije

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - د پورټ ایبل بریښنا سټیشن عرضه کونکی

Stvaranje i rast 1SEI filma je u komercijalnom litij-ionskom baterijskom sustavu, a dio gubitka kapaciteta baterije je zbog nuspojava između grafita i organskog elektrolita, a grafit lako elektrokemijski reagira s litij-ionskim organskim elektrolitom, posebno otapalo je vinil karbonat (EC) i dimetil karbonat (DMC). Kada je litij-ionska baterija tijekom prvog punjenja (faza), pojavio se negativni elektrolit i litij-ionski elektrolit i pojavio se litij-ionski elektrolit i sloj čvrstog elektrolitskog sučelja (SEI) filma se formira na površini grafita, što može uzrokovati dio nepovratnog kapaciteta. SEI film osigurava prijenos iona dok štiti reaktivnu tvar i sprječava stabilnost rada aktivnog materijala aktivnog materijala baterije dok sprječava aktivnu tvar.

Međutim, tijekom sljedećeg ciklusa baterije, budući da konstantno širenje i skupljanje materijala elektrode uzrokuje izlaganje novog aktivnog mjesta, to može uzrokovati mehanizam kvara kontinuiranog gubitka, to jest, kapacitet baterije se kontinuirano smanjuje. Ovaj mehanizam kvara može se pripisati procesu elektrokemijske redukcije površine elektrode, koji se izražava kao kontinuirano povećanje debljine SEI filma. Stoga, proučavanje kemijskih komponenti i morfologije SEI filma može biti dublje, uzrok pada kapaciteta litij-ionske baterije i snage.

Proces stvaranja SEI filma Posljednjih godina istraživači su pokušali proučiti prirodu SEI membrana kroz eksperimente rastavljanja malih baterijskih sustava. Proces rastavljanja baterije provodi se u pretincu za rukavice s aerosolnim inertnim plinom ( <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.

Iako su mnoge ispitne metode korištene za karakterizaciju SEI filma, stvarni model SEI filma koji raste u bateriji koristi se za karakterizaciju naprednijih i izravnijih načina. Poteškoća je u tome što je SEI film kompliciran s raznim tvarima kao što su organske i anorganske, a sastojak je kompliciran, vrlo je krhak i lako reagira na okoliš. Ako je neispravan, teško je dobiti prave informacije o SEI filmu.

Zadebljanje SEI filma tipična je elektrokemijska parazitska nusreakcija, koja je usko povezana s kinetikom reakcije, procesom prijenosa mase i strukturnom geometrijom baterije. Međutim, promjena SEI filma ne dovodi izravno do kvara ili destruktivnog kvara, a njegovo raspadanje samo će uzrokovati povećanje unutarnje temperature baterije, što zauzvrat može uzrokovati plin raspadanja, a jaka toplina će uzrokovati toplinu van kontrole. U FMMEA, stvaranje i rast SEI filma smatra se mehanizmom gubitka, koji može uzrokovati smanjenje kapaciteta baterije i povećanje unutarnje impedancije.

2 Litijevi dendriti nastaju ako se baterija brzo napuni gustoćom struje višom od njezine nazivne struje, a negativna površina se lako oblikuje u metalni litijev dendrid. Ovim dendritskim kristalom lako je probiti dijafragmu, uzrokujući kratki spoj unutar baterije. Ova situacija može dovesti do neuspjeha ili uništenja baterije, a teško ju je otkriti prije kratkog spoja baterije.

Posljednjih su godina istraživači proučavali brzinu rasta litijevog dendrita i odnos između brzine rasta litijevih dendrita i kapaciteta difuzije litijevih iona litijevih dendrita. Eksperimenti pokazuju da je rast litijeve delegre teško detektirati ili promatrati u kompletnom baterijskom sustavu, a trenutni model ograničen je na rast litijevih dendrita unutar jednog sustava. U eksperimentalnom sustavu, prozirna baterija izrađena od kvarcnog stakla može promatrati proces rasta litijevih dendrita in situ.

Zhang Yuegono istraživač u Suzhou Nanotechnology and Nano Bionic Research Institute u mojoj zemlji otkrio je proces formiranja tehnologije litijevih dendrita (kao što je prikazano videom) u tehnologiji skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM). Međutim, u komercijalnom sustavu litij-ionskih baterija teško je postići izvorno promatranje grana litija. Univerzalna situacija je promatrati njegove litijeve grane kristala rastavljanjem baterije.

Međutim, budući da je aktivnost litijeve grane vrlo visoka, teško je analizirati detalje generacije. Zier i sur. Predloženo je izvlačenje elektronskih mikrograma elektrode bojenjem strukture elektrode kako bi se odredio položaj dendrita.

Ako je prije rastavljanja baterije stvaranje kristala litijeve grane uzrokovalo unutarnji kratki spoj, tada bi ovaj dio dendritskog kristala moglo biti teško uočiti jer ogromna pulsna struja unutarnjeg kratkog spoja može uzrokovati kristalizaciju litijeve grane. Lokalno mikroporozno zatvaranje dijafragme sugerira mogući položaj rasta litijevih dendrita, ali ti dijelovi mogu biti djelomično pregrijani ili uzrokovani kontaminantima metalne nečistoće. Stoga je daljnji razvoj modela neuspjeha za predviđanje pojave grana litija, au isto vrijeme vrlo je značajno proučavati životni vijek i odnos neuspjeha u različitim radnim uvjetima.

3 Zaprašivanje čestica aktivnog materijala je neravnomjerno u raspršivanju brzog punjenja i pražnjenja ili aktivne tvari elektrode, aktivni materijal je sklon prahu ili fragmentaciji. Općenito, kako se baterija izdužuje, čestice mikronske veličine, unutarnje naprezanje iona može biti prekinuto. Početna pukotina može se uočiti SEM-om na površini čestica aktivnog materijala.

Kao ponovljeno ugrađivanje litijevih iona, pukotine se stalno šire, što rezultira pucanjem čestica. Čestice koje pucaju izložit će novu aktivnu površinu, a SEI film se stvara na novoj površini. Istraživanjem i analizom naprezanja ugradnje litij-iona, bolje dizajnirajte materijale elektroda baterije.

Christensen i Newman et al. Razvio je početni litij-ionski model naprezanja, a drugi su istraživači proširili različite materijale i geometrijsku morfologiju materijala i materijala. Ionski model naprezanja olakšat će istraživačima da dizajniraju više aktivnih tvari.

Međutim, gubitak kapaciteta i snage čestica aktivnog materijala dalje se proučava, a mehanizam kvara fragmentacije čestica sveobuhvatno je predviđen kako bi se predvidio vijek trajanja litij-ionskih baterija. Promjena volumena materijala elektrode također može uzrokovati rasterećenje aktivne tvari sa kolektorom struje, tako da ovaj dio aktivne tvari nije dostupan. Inconed litij proces aktivnog materijala popraćen je migracijom iona i vanjskom migracijom elektrona unutar baterije.

Budući da je elektrolit elektronički izoliran, mogu se dovoditi samo ioni. Provođenje elektrona važno je za vodljivu mrežu koju vodljivo sredstvo konstruira na površini elektrode. Česte promjene u volumenu materijala elektrode mogu rezultirati djelomičnim aktivnim tvarima iz vodljive mreže u izolirani sustav, koji nije dostupan.

Ova promjena u strukturi elektrode može se mjeriti mjerenjem metode kao što je poroznost ili određena površina. Ovaj se postupak također može mljeti mljevenjem površine elektrode pomoću žarišne ionske zrake (FIB), korištenjem SEM-a za izvođenje morfološkog promatranja ili testa rendgenske tomografije pomoću SEM-a. Materijal Si negativne elektrode se čisti i odvaja od vodljive mreže.

Aktivna tvar pozitivne elektrode aktivne tvari pozitivne elektrode uglavnom je oksid prijelaznog metala, kao što je litij kobaltat (LiMn2O4) ili polianat Litijeva sol, litij željezo fosfat (LifePo4). Većina pozitivnih aktivnih tvari ugrađeni su mehanizmi reakcije, a njihovi mehanizmi stresa i recesijski mehanizmi uglavnom su posljedica pada granula i opisa aktivnih tvari iznad. SEI film se također stvara i na njega utječe površina pozitivne elektrode, ali površina pozitivne elektrode ima visok potencijal, a njen SEI film je vrlo tanak i stabilan.

Osim toga, materijal pozitivne elektrode također je osjetljiv na utjecaj unutarnjeg stvaranja topline, posebno kada je baterija preopterećena. U trenutku punjenja, elektrolit postaje nestabilan pod visokim tlakom, što rezultira elektrolitom i aktivnom tvari pozitivne elektrode, što uzrokuje da unutarnja temperatura baterije nastavi rasti, a materijal pozitivne elektrode oslobađa kisik. Daljnja nadogradnja, koja rezultira toplinskim gubitkom kontrole, uzrokovat će kvar na bateriji.

Materijal pozitivne elektrode koji se pojavljuje tijekom prednaboja može se analizirati plinskom kromatografijom kako bi se analizirala ili detektirala struktura materijala elektrode detekcijom rendgenskog spektra strukture materijala elektrode. Međutim, trenutno ne postoji model kvara koji može predvidjeti unutrašnjost baterije preljevom prenapunjenog plina. Sažetak: Način mehanizma kvara materijala pozitivne i negativne elektrode litij-ionske baterije važan je za razgradnju SEI membrane, proizvodnju kristala delegiranog litijem ili kristala bakroprina, praha čestica aktivnog materijala i plina toplinske razgradnje itd.

Među njima, stvaranje derivata litija ili bakrenih delegths, plin raspadanja materijala lako je uzrokovan toplinskom van kontrole ćelije, uzrokujući izgaranje baterije, pa čak i eksploziju. Kvar litij-ionskih baterija analizira se izblijedjelim načinom rada, a mehanizam je optimiziran optimizacijom materijala, strukture baterije i poboljšanjem ekološke prilagodljivosti, pouzdanosti i sigurnosti baterije. Stoga postoji vrlo važno usmjeravajuće značenje za proizvodnju i praktičnu primjenu baterije.