ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃការវិភាគការបរាជ័យ និងយន្តការកំហុសនៃថ្ម Lithium Ion

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pembekal Stesen Janakuasa Mudah Alih

ជំនាន់ និងការលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្ត 1SEI គឺនៅក្នុងប្រព័ន្ធថ្ម lithium-ion ពាណិជ្ជកម្ម ហើយផ្នែកបាត់បង់សមត្ថភាពថ្មគឺមកពីផលប៉ះពាល់រវាង graphite និង organic electrolyte ហើយ graphite ងាយប្រតិកម្មដោយ electrochemically ជាមួយ lithium ion organic electrolyte ជាពិសេស Solvent គឺ vinyl carbonate (EC) និង dimethyl carbonate (DMC)។ នៅពេលដែលថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងស្ថិតនៅកំឡុងពេលសាកថ្មដំបូង (ដំណាក់កាល) អេឡិចត្រូលីតអវិជ្ជមាន និងអេឡិចត្រូលីតអ៊ីយ៉ុងលីចូមបានកើតឡើង ហើយអេឡិចត្រូលីតអ៊ីយ៉ុងលីចូមបានកើតឡើង ហើយស្រទាប់នៃចំណុចប្រទាក់អេឡិចត្រូលីតរឹង (SEI) ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងផ្ទៃក្រាហ្វិច ដែលអាចបណ្តាលឱ្យផ្នែកមួយនៃសមត្ថភាពមិនអាចត្រឡប់វិញបាន។ ខ្សែភាពយន្ត SEI ធានានូវការបញ្ជូនអ៊ីយ៉ុង ខណៈពេលដែលការពារសារធាតុប្រតិកម្ម និងការពារស្ថេរភាពនៃប្រតិបត្តិការវត្ថុធាតុសកម្មរបស់ថ្ម ខណៈពេលដែលការពារសារធាតុសកម្ម។

ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងអំឡុងពេលនៃវដ្តបន្តបន្ទាប់នៃថ្ម ចាប់តាំងពីការពង្រីក និងកន្ត្រាក់នៃវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតមិនឈប់ឈរ បណ្តាលឱ្យទីតាំងសកម្មថ្មីលេចចេញ វាអាចបណ្តាលឱ្យមានយន្តការបរាជ័យជាបន្តបន្ទាប់ ពោលគឺសមត្ថភាពរបស់ថ្មត្រូវបានធ្លាក់ចុះជាបន្តបន្ទាប់។ យន្តការបរាជ័យនេះអាចត្រូវបានកំណត់គុណលក្ខណៈដំណើរការកាត់បន្ថយអេឡិចត្រូតនៃផ្ទៃអេឡិចត្រូតដែលត្រូវបានបង្ហាញថាជាការកើនឡើងជាបន្តបន្ទាប់នៃកម្រាស់នៃខ្សែភាពយន្ត SEI ។ ដូច្នេះ ការសិក្សាអំពីសមាសធាតុគីមីនៃខ្សែភាពយន្ត SEI និង morphology អាចមានលក្ខណៈស៊ីជម្រៅបន្ថែមទៀត ដែលជាមូលហេតុនៃសមត្ថភាពថ្ម lithium-ion និងការថយចុះថាមពល។

ដំណើរការនៃការបង្កើតខ្សែភាពយន្ត SEI ក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានព្យាយាមសិក្សាពីលក្ខណៈនៃភ្នាស SEI តាមរយៈការរុះរើការពិសោធន៍នៃប្រព័ន្ធថ្មតូចៗ។ ដំណើរការនៃការផ្តាច់ថ្មត្រូវបានអនុវត្តនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ aerosolic inert gasglove ( <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.

ទោះបីជាវិធីសាស្រ្តសាកល្បងជាច្រើនត្រូវបានប្រើប្រាស់ដើម្បីកំណត់លក្ខណៈរបស់ខ្សែភាពយន្ត SEI ក៏ដោយ គំរូជាក់ស្តែងនៃខ្សែភាពយន្ត SEI លូតលាស់នៅក្នុងថ្មត្រូវបានប្រើដើម្បីកំណត់លក្ខណៈកម្រិតខ្ពស់ និងវិធីផ្ទាល់។ ភាពលំបាកនោះគឺថា ខ្សែភាពយន្ត SEI មានភាពស្មុគស្មាញជាមួយនឹងសារធាតុជាច្រើនប្រភេទ ដូចជាសារធាតុសរីរាង្គ និងអសរីរាង្គ ហើយធាតុផ្សំមានភាពស្មុគស្មាញ ហើយវាមានភាពផុយស្រួយ និងងាយស្រួលក្នុងការឆ្លើយតបទៅនឹងបរិស្ថាន។ ប្រសិនបើវាមិនត្រឹមត្រូវ វាពិបាកក្នុងការទទួលបានព័ត៌មានពិតនៃខ្សែភាពយន្ត SEI ។

ការឡើងក្រាស់នៃខ្សែភាពយន្ត SEI គឺជាប្រតិកម្មចំហៀងប៉ារ៉ាស៊ីតអេឡិចត្រូគីមីធម្មតា ដែលមានទំនាក់ទំនងយ៉ាងជិតស្និទ្ធជាមួយ kinetics ប្រតិកម្ម ដំណើរការផ្ទេរម៉ាស់ និងធរណីមាត្ររចនាសម្ព័ន្ធនៃថ្ម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការផ្លាស់ប្តូរនៃ SEI film មិននាំទៅរកការបរាជ័យនៃការបំផ្លិចបំផ្លាញនោះទេ ហើយការរលួយរបស់វានឹងបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពខាងក្នុងនៃថ្ម ដែលអាចបណ្តាលឱ្យមានឧស្ម័ន decomposition ហើយកំដៅខ្លាំងនឹងបណ្តាលឱ្យមានកំដៅចេញពីការគ្រប់គ្រង។ នៅក្នុង FMMEA ការបង្កើត និងការលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្ត SEI ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាយន្តការបាត់បង់ ដែលអាចបណ្តាលឱ្យថ្មកាត់បន្ថយសមត្ថភាព និងបង្កើនភាពធន់ខាងក្នុង។

2 Lithium dendrites បង្កើត ប្រសិនបើថ្មត្រូវបានសាកយ៉ាងលឿននៅដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ជាងចរន្តដែលបានវាយតម្លៃរបស់វា ហើយផ្ទៃអវិជ្ជមានត្រូវបានបង្កើតឡើងយ៉ាងងាយស្រួលដើម្បីបង្កើតជាលោហៈ lithium dendride។ គ្រីស្តាល់ dendritic នេះងាយស្រួលក្នុងការទម្លុះ diaphragm ដែលបណ្តាលឱ្យមានសៀគ្វីខ្លីនៅខាងក្នុងថ្ម។ ស្ថានភាពនេះអាចបណ្តាលឱ្យបរាជ័យនៃការបំផ្លាញថ្ម ហើយវាពិបាកក្នុងការរកឃើញ មុនពេលដែលថ្មដាច់ចរន្ត។

ក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានសិក្សាពីអត្រាកំណើននៃ lithium dendride និងទំនាក់ទំនងរវាងអត្រាកំណើននៃ lithium dendrites និងសមត្ថភាពសាយភាយ lithium ion នៃ lithium dendrites ។ ការពិសោធន៍បង្ហាញថា ការលូតលាស់របស់លីចូម ដេលេហ្ក្រា ពិបាករកឃើញ ឬសង្កេតនៅក្នុងប្រព័ន្ធថ្មពេញលេញ ហើយម៉ូដែលបច្ចុប្បន្នត្រូវបានកំណត់ចំពោះការលូតលាស់នៃលីចូម ដេនឌ្រីត ក្រោមប្រព័ន្ធតែមួយ។ នៅក្នុងប្រព័ន្ធពិសោធន៍ ថ្មថ្លាដែលបង្កើតឡើងដោយកញ្ចក់ Quartz អាចសង្កេតមើលដំណើរការលូតលាស់នៃ lithium dendrites នៅកន្លែង។

អ្នកស្រាវជ្រាវ Zhang Yuegono នៅ Suzhou Nanotechnology និង Nano Bionic Research Institute នៅក្នុងប្រទេសរបស់ខ្ញុំ បានបង្ហាញអំពីដំណើរការបង្កើតនៃ lithium dendrites (ដូចដែលបានបង្ហាញដោយវីដេអូ) នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យា scanning electron microscope (SEM) technology ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយនៅក្នុងប្រព័ន្ធថ្មលីចូម - អ៊ីយ៉ុងពាណិជ្ជកម្មវាពិបាកក្នុងការសម្រេចបាននូវការសង្កេតដើមនៃសាខាលីចូម។ ស្ថានភាពសកលគឺដើម្បីសង្កេតមើលគ្រីស្តាល់សាខាលីចូមរបស់វាដោយការរុះរើថ្ម។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយដោយសារតែសកម្មភាពនៃសាខាលីចូមគឺខ្ពស់ណាស់វាពិបាកក្នុងការវិភាគព័ត៌មានលម្អិតនៃជំនាន់។ Zier et al ។ បានស្នើឱ្យគូរមីក្រូក្រាមអេឡិចត្រូតដោយ dyeing រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតដើម្បីកំណត់ទីតាំងនៃ dendrites នេះ។

ប្រសិនបើមុនពេលរុះរើថ្ម ការបង្កើតគ្រីស្តាល់សាខាលីចូមបានបណ្តាលឱ្យមានសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុង នោះផ្នែកនៃគ្រីស្តាល់ dendritic នេះប្រហែលជាពិបាកក្នុងការសង្កេតមើល ព្រោះចរន្តជីពចរដ៏ធំនៃសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុងអាចបណ្តាលឱ្យគ្រីស្តាល់សាខាលីចូម។ ការបិទ microporous ក្នុងតំបន់នៃ diaphragm បង្ហាញថាទីតាំងលូតលាស់ដែលអាចកើតមាននៃ lithium dendrites ប៉ុន្តែផ្នែកទាំងនេះអាចឡើងកំដៅដោយផ្នែក ឬបណ្តាលមកពីភាពកខ្វក់មិនបរិសុទ្ធនៃលោហៈ។ ដូច្នេះការអភិវឌ្ឍន៍បន្ថែមទៀតនៃគំរូបរាជ័យដើម្បីទស្សន៍ទាយការលេចឡើងនៃសាខាលីចូមហើយក្នុងពេលតែមួយវាមានអត្ថន័យខ្លាំងណាស់ក្នុងការសិក្សាទំនាក់ទំនងជីវិតនិងបរាជ័យក្រោមលក្ខខណ្ឌការងារផ្សេងៗគ្នា។

3 ការបំពុលនៃភាគល្អិតនៃសារធាតុសកម្មគឺមិនស្មើគ្នាក្នុងការចែកចាយបន្ទុកឆាប់រហ័ស និងការហូរចេញ ឬសារធាតុសកម្មអេឡិចត្រូត សារធាតុសកម្មងាយនឹងរលាយជាម្សៅ ឬបំបែក។ ជាទូទៅនៅពេលដែលថ្មត្រូវបានពង្រីក ភាគល្អិតទំហំមីក្រូ ភាពតានតឹងខាងក្នុងនៃអ៊ីយ៉ុងអាចនឹងខូច។ ការបង្ក្រាបដំបូងអាចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយ SEM នៅលើផ្ទៃនៃភាគល្អិតនៃសារធាតុសកម្ម។

នៅពេលដែលការបង្កប់ម្តងហើយម្តងទៀតនៃអ៊ីយ៉ុងលីចូម ស្នាមប្រេះត្រូវបានពង្រីកឥតឈប់ឈរ ដែលនាំឱ្យភាគល្អិតប្រេះ។ ភាគល្អិតប្រេះនឹងលាតត្រដាងលើផ្ទៃសកម្មថ្មី ហើយខ្សែភាពយន្ត SEI ត្រូវបានបង្កើតនៅលើផ្ទៃថ្មី។ តាមរយៈការស្រាវជ្រាវ និងការវិភាគនៃភាពតានតឹងដែលបង្កប់ដោយលីចូម អ៊ីយ៉ុង ការរចនាសម្ភារៈអេឡិចត្រូតថ្មកាន់តែប្រសើរ។

Christensen និង Newman et al ។ បានបង្កើតគំរូស្ត្រេសដែលបានបង្កប់លីចូម-អ៊ីយ៉ុងដំបូង ហើយអ្នកស្រាវជ្រាវផ្សេងទៀតបានពង្រីកសម្ភារៈផ្សេងៗគ្នា និងរូបវិទ្យាធរណីមាត្រនៃសម្ភារៈ និងសម្ភារៈ។ គំរូស្ត្រេសដែលបានបង្កប់អ៊ីយ៉ុងនឹងជួយសម្រួលដល់អ្នកស្រាវជ្រាវក្នុងការរចនាសារធាតុសកម្មបន្ថែមទៀត។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការបាត់បង់សមត្ថភាព និងថាមពលនៃភាគល្អិតនៃសារធាតុសកម្មត្រូវបានសិក្សាបន្ថែមទៀត ហើយយន្តការបរាជ័យនៃការបែងចែកភាគល្អិតត្រូវបានព្យាករណ៍យ៉ាងទូលំទូលាយដើម្បីទស្សន៍ទាយអាយុកាលរបស់ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង។ ការផ្លាស់ប្តូរបរិមាណនៃវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតក៏អាចបណ្តាលឱ្យសារធាតុសកម្មមិនត្រូវបានផ្ទុកជាមួយអ្នកប្រមូលបច្ចុប្បន្ន ដូច្នេះផ្នែកនៃសារធាតុសកម្មនេះមិនមាន។ ដំណើរការលីចូម inconed នៃវត្ថុធាតុសកម្មត្រូវបានអមដោយការផ្លាស់ប្តូរអ៊ីយ៉ុង និងការធ្វើចំណាកស្រុកអេឡិចត្រុងខាងក្រៅនៅខាងក្នុងថ្ម។

ដោយសារអេឡិចត្រូលីតត្រូវបានអ៊ីសូឡង់ដោយអេឡិចត្រូនិចមានតែអ៊ីយ៉ុងប៉ុណ្ណោះដែលអាចផ្គត់ផ្គង់បាន។ ការប្រព្រឹត្តរបស់អេឡិចត្រុងមានសារៈសំខាន់ចំពោះបណ្តាញ conductive ដែលបង្កើតឡើងដោយផ្ទៃអេឡិចត្រូតដោយភ្នាក់ងារ conductive ។ ការផ្លាស់ប្តូរជាញឹកញាប់នៃបរិមាណនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអាចបណ្តាលឱ្យមានសារធាតុសកម្មមួយផ្នែកពីបណ្តាញ conductive ដើម្បីបង្កើតជាប្រព័ន្ធដាច់ដោយឡែកដែលមិនមាន។

ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតនេះអាចត្រូវបានវាស់ដោយវាស់វិធីសាស្រ្តដូចជា porosity ឬផ្ទៃជាក់លាក់មួយ។ ដំណើរការនេះក៏អាចត្រូវបានកិនដោយការកិនផ្ទៃអេឡិចត្រូតដោយប្រើធ្នឹមអ៊ីយ៉ុងប្រសព្វ (FIB) ដោយប្រើ SEM ដើម្បីអនុវត្តការសង្កេត morphological ឬការធ្វើតេស្ត tomography X-ray ដោយប្រើ SEM ។ សម្ភារៈអេឡិចត្រូត Si អវិជ្ជមានត្រូវបានសម្អាត និងផ្តាច់ចេញពីបណ្តាញចរន្ត។

សារធាតុសកម្មអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាននៃសារធាតុសកម្មអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានគឺភាគច្រើនជាអុកស៊ីដលោហៈផ្លាស់ប្តូរដូចជាលីចូម cobaltate (LiMn2O4) ឬប៉ូលីយ៉ានត អំបិលលីចូម លីចូមដែកផូស្វាត (LifePo4) ។ ភាគច្រើននៃសារធាតុសកម្មវិជ្ជមានគឺជាយន្តការប្រតិកម្មដែលបានបង្កប់ ហើយយន្តការស្ត្រេស និងយន្តការនៃការធ្លាក់ចុះរបស់ពួកគេគឺភាគច្រើនដោយសារតែការដួលរលំនៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងការពិពណ៌នាអំពីសារធាតុសកម្មខាងលើ។ ខ្សែភាពយន្ត SEI ក៏ត្រូវបានបង្កើត និងប៉ះពាល់ដោយផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន ប៉ុន្តែផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានមានសក្តានុពលខ្ពស់ ហើយខ្សែភាពយន្ត SEI របស់វាគឺស្តើង និងមានស្ថេរភាព។

លើសពីនេះទៀតសម្ភារៈអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានក៏ងាយនឹងឥទ្ធិពលនៃការបង្កើតកំដៅខាងក្នុងផងដែរជាពិសេសនៅពេលដែលថ្មត្រូវបានក្រឡាប់។ នៅពេលសាកថ្ម អេឡិចត្រូលីតមិនស្ថិតស្ថេរក្រោមសម្ពាធខ្ពស់ ដែលបណ្តាលឱ្យមានអេឡិចត្រូលីត និងសារធាតុសកម្មអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន ដែលបណ្តាលឱ្យសីតុណ្ហភាពខាងក្នុងនៃថ្មបន្តកើនឡើង ហើយវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានបញ្ចេញអុកស៊ីសែន។ ការអាប់ដេតបន្ថែមទៀត ដែលជាលទ្ធផលនៃការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ វានឹងធ្វើឱ្យថ្មបរាជ័យ។

វត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានដែលកើតឡើងកំឡុងពេលសាកមុនអាចត្រូវបានវិភាគដោយក្រូម៉ាតូក្រាមឧស្ម័នដើម្បីវិភាគឬរកឃើញរចនាសម្ព័ន្ធសម្ភារៈអេឡិចត្រូតដោយកាំរស្មីអ៊ិចរចនាសម្ព័ន្ធសម្ភារៈអេឡិចត្រូតដែលរកឃើញវិសាលគម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បច្ចុប្បន្នមិនមានគំរូបរាជ័យដែលអាចទស្សន៍ទាយពីខាងក្នុងនៃថ្មដោយការហៀរឧស្ម័នលើសចំណុះនោះទេ។ សេចក្តីសង្ខេប៖ របៀបនៃយន្តការបរាជ័យនៃវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមាននៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង មានសារៈសំខាន់ចំពោះការពុកផុយនៃភ្នាស SEI ការផលិតគ្រីស្តាល់លីចូម ឬគ្រីស្តាល់ទង់ដែង ម្សៅនៃភាគល្អិតនៃសារធាតុសកម្ម និងឧស្ម័នរលាយកំដៅ។ល។

ក្នុងចំនោមពួកគេ ជំនាន់នៃនិស្សន្ទវត្ថុលីចូម ឬទង់ដែង ឧស្ម័ន decomposition សម្ភារៈត្រូវបានបង្កឡើងយ៉ាងងាយដោយសារកំដៅចេញពីកោសិកា បណ្តាលឱ្យឆេះថ្ម ហើយថែមទាំងផ្ទុះទៀតផង។ ការបរាជ័យនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងត្រូវបានវិភាគដោយរបៀបរសាត់ ហើយយន្តការត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរដោយការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃសម្ភារៈ រចនាសម្ព័ន្ធរបស់ថ្ម និងកែលម្អការសម្របសម្រួលបរិស្ថាន ភាពជឿជាក់ និងសុវត្ថិភាពនៃថ្ម។ ដូច្នេះហើយ វាមានអត្ថន័យណែនាំដ៏មានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការផលិត និងការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃថ្ម។