Yfirlit yfir bilanagreiningu og bilanakerfi litíumjónarafhlöðu

Forfatter: Iflowpower – Fournisseur de centrales électriques portables

Framleiðsla og vöxtur 1SEI filmunnar er í litíumjónarafhlöðukerfi í atvinnuskyni, og rafhlöðutapshlutinn er frá aukaverkunum milli grafíts og lífræns raflausnar, og grafítið er auðvelt að hvarfast við rafefnafræðilega við litíumjón lífrænt raflausn, sérstaklega leysirinn er vinylkarbónat (EC) og dímetýlkarbónat (DMC). Þegar litíumjónarafhlaðan er á fyrstu hleðslu (stigi), kom neikvæði raflausnin og litíumjón raflausnin fram og litíumjón raflausnin átti sér stað og lag af solid raflausn viðmót (SEI) filmu myndast í grafítyfirborðinu, sem getur valdið hluta af óafturkræfu getu. SEI kvikmyndin tryggir sendingu jóna á meðan hún verndar hvarfgjarna efnið og kemur í veg fyrir stöðugleika virka efnisins í rafhlöðu virka efninu en kemur í veg fyrir virka efnið.

Hins vegar, í síðari hringrás rafhlöðunnar, þar sem stöðug stækkun og samdráttur rafskautsefnisins veldur því að nýr virkur staður afhjúpast, getur þetta valdið stöðugu tapsbilunarkerfi, það er að getu rafhlöðunnar minnkar stöðugt. Þetta bilunarkerfi má rekja til rafefnafræðilegs afoxunarferlis yfirborðs rafskautsins, sem er gefið upp sem stöðug aukning á þykkt SEI filmunnar. Þess vegna getur rannsóknin á efnafræðilegum íhlutum og formgerð SEI kvikmynda verið ítarlegri, orsök litíumjónarafhlöðugetu og orkufalls.

SEI filmumyndunarferli Undanfarin ár hafa vísindamenn reynt að rannsaka eðli SEI himna með því að taka í sundur tilraunir á litlum rafhlöðukerfum. Taka í sundur rafhlöðuna fer fram í loftúða óvirku gas hanskaboxi ( <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.

Þrátt fyrir að margar prófunaraðferðir hafi verið notaðar til að einkenna SEI kvikmyndina, þá vex raunverulegt líkan SEI kvikmyndarinnar í rafhlöðunni til að einkenna háþróaðari og beinar leiðir. Erfiðleikarnir eru að SEI kvikmyndin er flókin með ýmsum efnum eins og lífrænum og ólífrænum og innihaldsefnið er flókið og það er mjög viðkvæmt og auðvelt að bregðast við umhverfinu. Ef það er óviðeigandi er erfitt að fá sannar upplýsingar um SEI kvikmyndina.

Þykknun SEI filmunnar er dæmigerð rafefnafræðileg sníkjudýrahliðarhvörf, sem hefur náið samband við hvarfhvörf, massaflutningsferlið og byggingarrúmfræði rafhlöðunnar. Hins vegar leiðir breytingin á SEI filmunni ekki beint til bilunar á eyðileggjandi bilun og niðurbrot hennar mun aðeins valda aukningu á innra hitastigi rafhlöðunnar, sem aftur getur valdið niðurbrotsgasinu og alvarlegur hiti mun valda hitauppstreymi úr böndunum. Í FMMEA er myndun og vöxtur SEI filmunnar talin tapkerfi, sem getur valdið því að rafhlaðan minnkar getu og eykur innri viðnám.

2 Lithium dendrites mynda, ef rafhlaðan er fljótt hlaðin við straumþéttleika sem er hærri en nafnstraumur hennar, og neikvæða yfirborðið myndast auðveldlega til að mynda litíum dendride úr málmi. Auðvelt er að stinga þennan dendritic kristal í gegnum þindið, sem veldur skammhlaupi inni í rafhlöðunni. Þetta ástand getur valdið bilun í eyðingu rafhlöðunnar og það er erfitt að greina áður en rafhlaðan er skammhlaupin.

Undanfarin ár hafa vísindamenn rannsakað vaxtarhraða litíumdendríða og sambandið milli vaxtarhraða litíumdendríta og litíumjónadreifingargetu litíumdendríta. Tilraunir sýna að erfitt er að greina eða fylgjast með vexti litíumdelegra í fullkomnu rafhlöðukerfi og núverandi líkan takmarkast við vöxt litíumdendríta undir einu kerfi. Í tilraunakerfinu getur gagnsæ rafhlaðan, smíðuð með kvarsgleri, fylgst með vaxtarferli litíumdendríta á staðnum.

Zhang Yuegono vísindamaðurinn í Suzhou Nanotechnology and Nano Bionic Research Institute í mínu landi hefur leitt í ljós myndunarferli litíumdendrita (eins og sést á myndbandi) tækni í skanna rafeindasmásjá (SEM) tækni. Hins vegar, í litíumjónarafhlöðukerfinu í atvinnuskyni, er erfitt að ná upprunalegu athugun á litíumgreinum. Alhliða ástandið er að fylgjast með litíum greinarkristöllum sínum með því að taka rafhlöðuna í sundur.

Hins vegar, vegna þess að virkni litíumgreinarinnar er mjög mikil, er erfitt að greina smáatriði kynslóðarinnar. Zier o.fl. Lagt til að teikna rafskaut rafeinda míkrógrömm með því að lita rafskaut uppbyggingu til að ákvarða staðsetningu dendrites.

Ef framleiðsla litíumgreinakristals hefur valdið skammhlaupi innan í rafhlöðunni áður en rafhlaðan var tekin í notkun, þá getur verið erfitt að fylgjast með þessum hluta dendritic kristalsins vegna þess að mikill púlsstraumur innri skammhlaupsins getur valdið kristöllun litíumgreina. Staðbundin örporous lokun þindarinnar bendir til þess að möguleg vaxtarstaða litíum dendrites, en þessir hlutar geta verið að hluta til ofhitnun eða af völdum óhreininda úr málmi. Þess vegna er frekari þróun bilunarlíkana til að spá fyrir um tilkomu litíumgreina, og á sama tíma er það mjög þýðingarmikið að rannsaka líf og bilunarsamband við mismunandi vinnuaðstæður.

3 Frævun virka efnisagnanna er ójöfn við dreifingu hraðhleðslu og losunar eða rafskauts virks efnis, virka efnið er viðkvæmt fyrir dufti eða sundrun. Almennt, eins og rafhlaðan er framlengd, míkron-stærð agnir, innra álag jóna getur verið brotið. Hægt er að sjá upphafssprunguna með SEM á yfirborði virku efnisagnanna.

Þar sem litíumjónir eru endurteknar innfelldar eru sprungurnar stöðugt að lengjast, sem leiðir til þess að agnir sprunga. Sprunguagnirnar munu afhjúpa nýja virka yfirborðið og SEI kvikmyndin myndast á nýja yfirborðinu. Með rannsóknum og greiningu á streitu í innfellingu litíumjóna, hanna rafhlöðu rafskautsefni betur.

Christensen og Newman o.fl. Þróaði upphaflega litíumjóna innbyggða streitulíkanið, og aðrir vísindamenn hafa stækkað mismunandi efni og rúmfræðilega formgerð efna og efna. Ion embed in streitu líkan mun auðvelda vísindamönnum að hanna virkari efni.

Hins vegar er tap á afkastagetu og krafti virkra efnisagna rannsakað frekar og spáð er ítarlega fyrir bilunarferli agnabrots til að spá fyrir um líf litíumjónarafhlöðu. Rúmmálsbreyting rafskautsefnisins getur einnig valdið því að virka efnið er losað með straumsafnaranum, þannig að þessi hluti virka efnisins er ekki tiltækur. Inconed litíum ferli virka efnisins fylgir jónaflutningur og ytri rafeindaflutningur inni í rafhlöðunni.

Þar sem raflausnin er rafrænt einangruð er aðeins hægt að útvega jónum. Leiðni rafeinda er mikilvæg fyrir leiðandi netið sem er byggt upp af yfirborði rafskautsins af leiðandi efninu. Tíðar breytingar á rúmmáli rafskautsefnisins geta leitt til þess að virk efni að hluta úr leiðandi neti mynda einangrað kerfi, sem er ekki tiltækt.

Þessa breytingu á rafskautsbyggingu er hægt að mæla með því að mæla aðferð eins og porosity eða ákveðið yfirborð. Þetta ferli er einnig hægt að mala með því að mala yfirborð rafskautsins með því að nota brennivíngsjónageislann (FIB), með því að nota SEM til að framkvæma formfræðilega athugun eða röntgensneiðmyndapróf með SEM. Si neikvætt rafskautsefni er hreinsað og aftengt frá leiðandi netinu.

Jákvæð rafskaut virka efnið í jákvæða rafskautinu virka efninu er aðallega umbreytingarmálmoxíð, svo sem litíumkóbaltat (LiMn2O4), eða pólýanat litíumsalt, litíumjárnfosfat (LifePo4). Flest jákvæðu virku efnanna eru innbyggðar viðbragðsaðferðir og streitukerfi þeirra og samdráttarferli eru að mestu leyti vegna falls kyrna og lýsingarinnar á virku efnunum hér að ofan. SEI kvikmyndin er einnig mynduð og fyrir áhrifum af yfirborði jákvæða rafskautsins, en yfirborð jákvæða rafskautsins hefur mikla möguleika og SEI kvikmynd hennar er mjög þunn og stöðug.

Að auki er jákvæða rafskautsefnið einnig næmt fyrir áhrifum innri hitamyndunar, sérstaklega þegar rafhlaðan er yfirstól. Við hleðslu verður raflausnin óstöðug við háan þrýsting, sem leiðir til raflausnar og jákvæða rafskautsins, sem veldur því að innra hitastig rafhlöðunnar heldur áfram að hækka og jákvæða rafskautsefnið losar súrefni. Frekari uppfærsla, sem leiðir til þess að hitauppstreymi verður stjórnlaus, mun valda eyðileggingarbilun á rafhlöðunni.

Hægt er að greina jákvæða rafskautsefnið sem á sér stað við forhleðsluna með gasskiljun til að greina eða greina uppbyggingu rafskautsefnisins með röntgengeislunarrófsgreiningu rafskautsefnisuppbyggingu. Hins vegar er ekkert bilunarlíkan sem getur spáð fyrir um inni í rafhlöðunni með ofhlaðin gasflæði. Samantekt: Bilunaraðferðin á litíumjónarafhlöðunni jákvæðu og neikvæðu rafskautsefninu er mikilvægt fyrir niðurbrot SEI himnunnar, framleiðslu á litíum úthlutað kristal eða koparprín kristöllum, dufti virku efnisagnanna og hitaniðurbrotsgasið osfrv.

Meðal þeirra, myndun litíumafleiða eða kopardelegths, er niðurbrotsgasið auðveldlega af völdum hitauppstreymis sem er ekki stjórnað af frumunni, sem veldur bruna rafhlöðunnar og jafnvel springur. Bilun í litíumjónarafhlöðum er greind með dofna stillingu og vélbúnaðurinn er fínstilltur með því að fínstilla efni, uppbyggingu rafhlöðunnar og bæta umhverfisaðlögunarhæfni, áreiðanleika og öryggi rafhlöðunnar. Þess vegna er mjög mikilvægt leiðbeinandi þýðingu fyrir framleiðslu og hagnýtingu rafhlöðunnar.