ლითიუმის იონური ბატარეების სიღრმისეული ანალიზის მიზეზები

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

მისი მაღალი სიცოცხლის გამო, ლითიუმ-იონური ბატარეა ფართოდ გამოიყენება, გამოყენების დროის გახანგრძლივებით, ამობურცვის პრობლემა, უსაფრთხოების შესრულება არ არის იდეალური და ცირკულაციის შესუსტება ასევე უფრო სერიოზულია, რაც იწვევს ლითიუმის ბატარეის სიღრმის ანალიზს და ჩახშობას. ექსპერიმენტული კვლევისა და განვითარების გამოცდილების მიხედვით, ავტორი ლითიუმის ბატარეების გამომწვევ მიზეზებს ორ კატეგორიად ყოფს, ერთი არის ბატარეის სისქით გამოწვეული ამობურცულობა (მეორე, ელექტროლიტური სითხის დაჟანგვის გამობერილობის გამო). ბატარეის სხვადასხვა სისტემაში ბატარეის სისქის დომინანტური ფაქტორები განსხვავებულია.

მაგალითად, ლითიუმის ტიტანატის უარყოფითი ელექტროდის ბატარეაში, ამობურცვის ძირითადი ფაქტორები არის ბარაბანი; გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის სისტემაში, ბოძის სისქის სისქე და გაზის მიწოდების აქტი. პირველ რიგში, ელექტროდის ბოძის სისქე იცვლება ლითიუმის ბატარეების გამოყენებისას, ხოლო ელექტროდის ბოძის სისქე, რომელსაც აქვს სისქის ცვლილება, განსაკუთრებით გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდი. არსებული მონაცემების მიხედვით, ლითიუმის ბატარეამ გაიარა მაღალი ტემპერატურის შენახვა და ცირკულაცია, რომელიც მიდრეკილია დარტყმისკენ, სისქის ზრდის ტემპით დაახლოებით 6%-დან 20%-მდე, სადაც დადებითი პოლარული გაფართოების კოეფიციენტი მხოლოდ 4%-ია, ხოლო უარყოფითი გაფართოების კოეფიციენტი 20%.

ლითიუმის ბატარეის ცვლილებების სისქის ამობურცვის ძირეულ მიზეზზე გავლენას ახდენს გრაფიტის არსი. უარყოფითი ელექტროდის გრაფიტი აყალიბებს LICX-ს (LIC24, LiC12 და LIC6 და ა.შ.) და იცვლება ხაზოვანი მანძილი, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მიკროსკოპული შიდა სტრესი, რის შედეგადაც ხდება უარყოფითი ელექტროდის გაფართოება.

ქვემოთ მოყვანილი სურათი არის სქემატური სტრუქტურული სქემა გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის ფირფიტის სტრუქტურის ადგილზე და დატენვისა და გამონადენის შესახებ. გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის გაფართოება ძირითადად გამოწვეულია არაეფექტური გაფართოებით. გაფართოების ეს ნაწილი ძირითადად დაკავშირებულია ნაწილაკების ზომის, წებოვანი აგენტის და ბოძის ფურცლის სტრუქტურასთან.

უარყოფითი ელექტროდის გაფართოება იწვევს ბირთვის დეფორმაციას და ელექტროდი წარმოიქმნება დიაფრაგმას შორის, ხოლო უარყოფითი ელექტროდის ნაწილაკები ქმნიან მიკრობზარს, მყარი ელექტროლიტური ფაზის ინტერფეისის (SEI) ფილმი გატეხილია და რეკომბინირებულია, მოიხმარს ელექტროლიტს და ასუფთავებს ცირკულაციის მოქმედებას. არსებობს მრავალი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს უარყოფით ელექტროდის ბოძებზე, ხოლო წებოვანი ბუნება და პოლარული ფურცლის სტრუქტურული პარამეტრები ორი ყველაზე მნიშვნელოვანია. გრაფიტის უარყოფით ელექტროდებში ჩვეულებრივ გამოყენებული წებოვანი არის SBR, სხვადასხვა წებოვანი ელასტიური მოდული, განსხვავებული მექანიკური სიმტკიცე და განსხვავებული გავლენა ფირფიტის სისქეზე.

მოძრავი ძალა დასრულების საფარის შემდეგ ასევე გავლენას ახდენს ბატარეაში უარყოფითი ელექტროდის ფირფიტის სისქეზე. იგივე სტრესის პირობებში, რაც უფრო დიდია წებოვანი ელასტიურობის მოდული, მით უფრო მცირეა პოლარობის ფიზიკური თაროები, დატენვისას, Li + ჩანერგვის გამო, გრაფიტის გისოსების გაფართოება; ამავდროულად, ნეგატიური ელექტროდის ნაწილაკების და SBR-ის დეფორმაციის გამო, შინაგანი სტრესი მთლიანად თავისუფლდება, ნეგატიური გაფართოების სიჩქარე მკვეთრად იზრდება, SBR არის პლასტიკური დეფორმაციის სტადიაში. გაფართოების კოეფიციენტის ეს ნაწილი დაკავშირებულია SBR-ის ელასტიურ მოდულთან, რაც იწვევს რაც უფრო დიდს ელასტიურობის მოდულს და SBR-ის სიძლიერეს და მით უფრო მცირეა შეუქცევადი გაფართოების გაფართოებას.

როდესაც SBR-ის რაოდენობა არათანმიმდევრულია, პოლარული როლიკერის დაჭერისას წნევა განსხვავებულია, და წნევის სხვაობა იწვევს ბოძის მიერ წარმოქმნილ ნარჩენ სტრესს, მით უფრო დიდია ნარჩენი ძაბვა, რაც იწვევს თაროების წინასწარ ფიზიკურ გაფართოებას, სრულ ელექტროენერგიას და ცარიელი სიმძლავრის გაფართოების კოეფიციენტს; რაც უფრო ნაკლებია SBR შემცველობა, მით ნაკლებია მოძრავი წნევა, მით ნაკლებია ფიზიკური თაროები, წინა ელექტროენერგიის გაფართოების კოეფიციენტი და ცარიელი ელექტროკოზიტი, მით უფრო მცირეა უარყოფითი გაფართოება იწვევს ბირთვის დეფორმაციას, გავლენას ახდენს უარყოფითზე. მეორეც, ბატარეის გაზით გამოწვეული ნაყარი ბატარეის გაზის შიდა მიღება კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზია, რაც იწვევს ბატარეის ამობურცვას, იქნება ეს ბატარეის ტემპერატურის ციკლი, მაღალი ტემპერატურის ციკლი, მაღალი ტემპერატურის თაროები, ის წარმოქმნის სხვადასხვა ხარისხის ამობურცულ გაზს. მიმდინარე კვლევის შედეგების მიხედვით, ელექტრული ბირთვის შეშუპების არსი გამოწვეულია ელექტროლიტის დაშლით.

ელექტროლიტის დაშლის ორი შემთხვევაა, ერთი არის ელექტროლიტის მინარევები, როგორიცაა ტენიანობა და ლითონის მინარევები ელექტროლიტური სითხის დასაშლელად, მეორე კი ელექტროლიტური სითხის ზედმეტად დაბალი დონეა, რაც იწვევს დაშლას დამუხტვის დროს და ელექტროლიტში გამხსნელები, როგორიცაა EC, DEC, წარმოიქმნება ელექტრონების თავისუფალი რადიკალების მიღების შემდეგ. ეთერები და CO2 და ა.შ. ლითიუმის ბატარეის აწყობის დასრულების შემდეგ, წინასწარ განსაზღვრული პროცესის დროს წარმოიქმნება მცირე რაოდენობით გაზი და ეს აირები გარდაუვალია და ე.წ. ელექტრული ბირთვის შეუქცევადი სიმძლავრის დაკარგვის წყარო. პირველი დამუხტვისა და განმუხტვის პროცესის დროს ელექტრონები გარე წრედის შემდეგ უარყოფითი ელექტროდის ელექტროლიტური ხსნარით აღწევს ელექტროლიტურ ხსნარში და ქმნიან გაზს.

ამ პროცესში SEI წარმოიქმნება გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირზე, SEI სისქის მატებასთან ერთად ელექტრონები ვერ შეაღწევენ ელექტროლიტის უწყვეტ დაჟანგვას. ბატარეის მუშაობის დროს, გაზის შიდა მოცულობა თანდათან გაიზრდება, ელექტროლიტში ან ელექტროლიტში მინარევების ან ტენიანობის გამო. ელექტროლიტის არსებობა მოითხოვს სერიოზულ გამორიცხვას, ხოლო ტენიანობის კონტროლი არ არის მკაცრი.

ელექტროლიტური ხსნარი თავისთავად არ არის მკაცრი და ბატარეის პაკეტი მკაცრად არ არის შეყვანილი წყალში, გამოწვეულია კუთხური განაწილება და ბატარეის გადატვირთვა ასევე დააჩქარებს ბატარეის გაზის გამომუშავებას. სიჩქარე, რაც იწვევს ბატარეის უკმარისობას. სხვადასხვა სისტემაში ბატარეის წარმოების რაოდენობა განსხვავებულია.

გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის ბატარეაში გაზის წარმოების მიზეზი ძირითადად SEI ფირის წარმოქმნით არის განპირობებული, ბატარეაში ტენიანობა აღემატება და ქიმიური ნაკადი არანორმალურია, შეფუთვა ცუდია და ბატარეის ფლორესცენტური თანაფარდობა ლითიუმის ტიტანატში. NCM ბატარეის სისტემა უფრო სერიოზული უნდა იყოს. ელექტროლიტში მინარევების, ტენიანობის და პროცესების გარდა, გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდისგან კიდევ ერთი განსხვავებაა ის, რომ ლითიუმის ტიტანატი არ შეიძლება იყოს გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის ბატარეის მსგავსი, აყალიბებს SEI ფილას მის ზედაპირზე და აფერხებს მის ელექტროლიტურ რეაქციას. ელექტროლიტი ყოველთვის პირდაპირ კავშირშია Li4Ti5O12-ის ზედაპირთან დამუხტვისა და გამორთვის დროს, რაც იწვევს Li4Ti5O12 მასალის ზედაპირის მუდმივ შემცირებას, რაც შეიძლება იყოს Li4Ti5o12 ბატარეის მეტეორიზმის ძირითადი მიზეზი.

გაზის ძირითადი კომპონენტებია H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 და ა.შ. როდესაც ლითიუმის ტიტანატი ცალკე ჩაეფლო ელექტროლიტში, წარმოიქმნება მხოლოდ CO2, ხოლო NCM მასალით ბატარეის მომზადების შემდეგ, წარმოქმნილი გაზები მოიცავს H2, CO2, CO და მცირე რაოდენობით აირისებრ ნახშირწყალბადებს, ხოლო ბატარეის შემდეგ, მხოლოდ ციკლში, როდესაც დატენვა და განმუხტვა, H2 წარმოიქმნება, ხოლო H2-ის შემცველობა წარმოიქმნება 5%-ზე. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ H2 და CO გაზი წარმოიქმნება დამუხტვისა და განმუხტვის დროს.

LIPF6 არსებობს ელექტროლიტში: PF5 არის ძალიან ძლიერი მჟავა, რომელიც ადვილად იწვევს კარბონატის დაშლას და ზრდის PF5-ის რაოდენობას ტემპერატურის მატებასთან ერთად. PF5 ხელს უწყობს ელექტროლიტების დაშლას, წარმოქმნის CO2, CO და CXHY გაზს. შესაბამისი კვლევის მიხედვით, H2-ის წარმოება მიიღება ელექტროლიტში არსებული წყლის კვალიდან, მაგრამ წყლის შემცველობა ზოგადად ელექტროლიტში არის დაახლოებით 20 ¡Á 10-6, რაც ძალიან დაბალია H2-ის გამოსავლიანობისთვის.

შანხაის ჯიაოტონგის უნივერსიტეტის ვუ კაის ექსპერიმენტი გამოიყენეს როგორც ბატარეა გრაფიტისთვის / NCM111. დასკვნამ დაასკვნა, რომ H2-ის წყარო არის კარბონატის დაშლა მაღალი ძაბვის ქვეშ. ამჟამად, ლითიუმის ტიტანატის ბატარეების ჩახშობის სამი გამოსავალი არსებობს.

, გამხსნელი სისტემა; მესამე, გააუმჯობესეთ ბატარეის პროცესის ტექნოლოგია.