Prehľad analýzy porúch a mechanizmu porúch lítium-iónovej batérie

Forfatter: Iflowpower – Fournisseur de centrales électriques portables

Vytváranie a rast 1SEI filmu je v komerčnom systéme lítium-iónových batérií a časť straty kapacity batérie je z vedľajšieho účinku medzi grafitom a organickým elektrolytom a grafit ľahko elektrochemicky reaguje s lítium-iónovým organickým elektrolytom, najmä rozpúšťadlom je vinylkarbonát (EC) a dimetylkarbonát (DMC). Keď je lítium-iónová batéria počas prvého nabíjania (štádia), došlo k negatívnemu elektrolytu a lítium-iónovému elektrolytu a objavil sa lítium-iónový elektrolyt a na grafitovom povrchu sa vytvorí vrstva filmu rozhrania pevného elektrolytu (SEI), čo môže spôsobiť časť nevratnej kapacity. Film SEI zaisťuje prenos iónov a zároveň chráni reaktívnu látku a bráni stabilite činnosti aktívnej látky aktívnej látky batérie a zároveň zabraňuje aktívnej látke.

Avšak počas nasledujúceho cyklu batérie, pretože neustále rozťahovanie a zmršťovanie materiálu elektródy spôsobuje odkrytie nového aktívneho miesta, môže to spôsobiť mechanizmus nepretržitej straty straty, to znamená, že kapacita batérie sa neustále znižuje. Tento mechanizmus zlyhania možno pripísať procesu elektrochemickej redukcie povrchu elektródy, ktorý je vyjadrený ako kontinuálny nárast hrúbky filmu SEI. Štúdium chemických zložiek a morfológie filmu SEI môže byť preto hlbšie, čo je príčinou poklesu kapacity lítium-iónovej batérie a poklesu výkonu.

Proces tvorby filmu SEI V posledných rokoch sa výskumníci pokúšali študovať povahu membrán SEI prostredníctvom demontačných experimentov malých batériových systémov. Proces demontáže batérie sa vykonáva v aerosólovej rukavicovej skrinke s inertným plynom ( <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.

Hoci sa na charakterizáciu filmu SEI použilo mnoho testovacích metód, skutočný model filmu SEI rastie v batérii sa používa na charakterizáciu pokročilejších a priamych spôsobov. Problém je v tom, že film SEI je komplikovaný s rôznymi látkami, ako sú organické a anorganické látky, a zložka je komplikovaná a je veľmi krehká a ľahko reaguje na životné prostredie. Haeba e fosahetse, ho thata ho fumana lintlha tsa &39;nete tsa filimi ea SEI.

Ho ata ha filimi ea SEI ke mokhoa o tloaelehileng oa electrochemical parasitic side reaction, e nang le kamano e haufi le kinetics ea karabelo, mokhoa oa ho fetisa boima, le geometry ea moralo oa betri. Leha ho le joalo, phetoho ea filimi ea SEI ha e lebise ka ho toba ho hlōleha ho senya ho senya, &39;me ho senyeha ha eona ho tla baka feela ho eketseha ha mocheso o ka hare oa betri, e leng se ka bakang khase ea ho bola,&39; me mocheso o matla o tla etsa hore mocheso o se ke oa laola. Ho FMMEA, ho thehoa le ho hōla ha filimi ea SEI ho nkoa e le mokhoa oa ho lahleheloa ke matla, o ka etsang hore betri e fokotse bokhoni le ho eketsa impedance ka hare.

2 Lithium dendrites e hlahisa, haeba betri e potlakela ho qosoa ka sekhahla sa hona joale se phahameng ho feta se lekantsoeng hona joale, &39;me sebaka se fosahetseng se thehoa habonolo ho etsa tšepe ea lithium dendride. kristale ena ea dendritic e bonolo ho phunya diaphragm, e bakang potoloho e khuts&39;oane ka har&39;a betri. Boemo bona bo ka baka hore betri e senyehe, &39;me ho thata ho e lemoha pele betri e tsamaea ka nako e khuts&39;oane.

Lilemong tsa morao tjena, bafuputsi ba ithutile sekhahla sa kholo ea lithium dendride le kamano pakeng tsa sekhahla sa kholo ea lithium dendrites le lithium ion diffusion capacity ea lithium dendrites. Liteko li bontša hore kholo ea lithium delegra e thata ho lemoha kapa ho e shebella ka mokhoa o feletseng oa betri, &39;me mohlala oa morao-rao o lekanyelitsoe ho hōla ha lithium dendrites tlas&39;a tsamaiso e le&39; ngoe. Sistimi ea liteko, betri e pepeneneng e hahiloeng ka khalase ea quartz e ka bona ts&39;ebetso ea kholo ea lithium dendrites in situ.

Mofuputsi oa Zhang Yuegono oa Suzhou Nanotechnology le Nano Bionic Research Institute naheng ea heso o senotse mokhoa oa ho theha lithium dendrites (joalokaha ho bontšitsoe ka video) theknoloji ho thekenoloji ea electron microscope (SEM). Leha ho le joalo, tsamaisong ea betri ea lithium-ion ea khoebo, ho thata ho finyella pono ea pele ea makala a lithium. Boemo ba bokahohle ke ho shebella likristale tsa eona tsa lekala la lithium ka ho qhaqha betri.

Leha ho le joalo, hobane mosebetsi oa lekala la lithium o phahame haholo, ho thata ho hlahloba lintlha tsa moloko. Zier le al. Ho sisinyeha ho hula li-micrograms tsa elektrone ka ho daea sebopeho sa elektrode ho fumana hore na li-dendrites li hokae.

Haeba pele ho senyeha ha betri, moloko oa kristale oa lekala la lithium o entse hore ho be le potoloho e khutšoanyane ka hare, joale karolo ena ea kristale ea dendritic e ka &39;na ea e-ba thata ho e hlokomela hobane motlakase o moholo oa potoloho e khutšoanyane ea ka hare e ka baka crystallization ea lekala la lithium. Ho koaloa ha microporous sebakeng sa diaphragm ho fana ka maikutlo a hore boemo bo ka khonehang ba lithium dendrites, empa likarolo tsena li ka &39;na tsa chesa ka mokhoa o itseng kapa li bakoa ke litšila tse silafetseng tsa tšepe. Ka hona, nts&39;etsopele e eketsehileng ea mehlala ea ho hlōleha ho bolela esale pele ho hlaha ha makala a lithium, &39;me ka nako e ts&39;oanang, ho bohlokoa haholo ho ithuta bophelo le kamano ea ho hlōleha tlas&39;a maemo a fapaneng a ho sebetsa.

3 Ho silafatsoa ha likaroloana tse sebetsang ha hoa lekana ha ho fanoa ka tefiso e potlakileng le ho tsoa kapa ntho e sebetsang ea electrode, ntho e sebetsang e atisa ho ba phofo kapa ho arohana. Ka kakaretso, ha betri e atolosoa, likaroloana tsa micron-size, khatello ea ka hare ea ion e ka &39;na ea robeha. Ho phatloha ha pele ho ka bonoa ke SEM holim&39;a likaroloana tse sebetsang tsa thepa.

Ha ho kenngoa khafetsa ha lithium ion, mapetsong a lula a atoloha, e leng se etsang hore likaroloana li phunye. Likaroloana tse phunyehang li tla pepesa sebaka se secha se sebetsang, &39;me filimi ea SEI e hlahisoa holim&39;a metsi a macha. Ka lipatlisiso le tlhahlobo ea khatello ea maikutlo ea lithium ion, moralo o betere oa lisebelisoa tsa elektrode.

Christensen le Newman et al. E ntlafalitse mohlala oa pele oa lithium-ion o kentsoeng khatello ea maikutlo, &39;me bafuputsi ba bang ba atolositse lisebelisoa tse fapaneng, le sebopeho sa geometri ea thepa le thepa. Ion e kenyellelitsoeng khatello ea maikutlo e tla thusa bafuputsi ho etsa lintho tse sebetsang haholoanyane.

Leha ho le joalo, tahlehelo ea matla le matla a likaroloana tse sebetsang li tsoela pele ho ithutoa, &39;me mokhoa oa ho hlōleha oa ho arohana ha likaroloana o boleloa ka mokhoa o pharaletseng ho bolela esale pele bophelo ba libeteri tsa lithium-ion. Phetoho ea molumo oa lisebelisoa tsa elektrode e ka boela ea etsa hore ntho e sebetsang e theoloe le mokelli oa hona joale, e le hore karolo ena ea ntho e sebetsang e se ke ea fumaneha. Ts&39;ebetso ea lithium ea inconed ea thepa e sebetsang e tsamaisana le ho falla ha ion le ho falla ha elektronike ka ntle ka hare ho betri.

Kaha electrolyte e sirelelitsoe ka mokhoa oa elektronike, ke li-ion feela tse ka fanoang feela. Boitšoaro ba li-electrone ke ba bohlokoa ho marang-rang a conductive a hahiloeng ka holim&39;a electrode ka mochine oa conductive. Liphetoho tse tloaelehileng ka bongata ba lisebelisoa tsa electrode li ka fella ka lintho tse sa sebetseng tse tsoang ho marang-rang a conductive ho theha tsamaiso e ka thōko, e sa fumaneheng.

Phetoho ena mohahong oa li-electrode e ka lekanyetsoa ka ho lekanya mokhoa o kang porosity kapa sebaka se itseng sa holim&39;a metsi. Ts&39;ebetso ena e ka boela ea siloa ka ho sila bokaholimo ba elektrode ho sebelisa leballo la ion (FIB), ho sebelisa SEM ho etsa tlhahlobo ea morphological kapa tlhahlobo ea X-ray tomography ho sebelisa SEM. Si negative electrode thepa e hloekisoa le disengaged ho tswa ho netweke conductive.

Ntho e sebetsang ea electrode e sebetsang ea ntho e sebetsang ea electrode e sebetsang hangata ke transition metal oxide, joalo ka lithium cobaltate (LiMn2O4), kapa letsoai la polyanate Lithium, lithium iron phosphate (LifePo4). Bongata ba lintho tse sebetsang hantle ke mekhoa e kenelletseng ea karabelo, &39;me mekhoa ea bona ea khatello ea maikutlo le mekhoa ea ho putlama hangata e bakoa ke ho oa ha li-granules le tlhaloso ea lintho tse sebetsang tse kaholimo. Filimi ea SEI e boetse e hlahisoa &39;me e ameha ka holim&39;a electrode e ntle, empa bokaholimo ba electrode e ntle bo na le bokhoni bo phahameng,&39; me filimi ea eona ea SEI e tšesaane haholo ebile e tsitsitse.

Ho phaella moo, thepa e ntle ea elektrode e boetse e ka hlaseloa ke tšusumetso ea mocheso oa ka hare oa mocheso, haholo-holo ha betri e le holimo. Nakong ea tefiso, electrolyte e fetoha e sa tsitsang tlas&39;a khatello e phahameng, e leng se hlahisang electrolyte le ntho e ntle ea electrode e sebetsang, e etsang hore mocheso o ka hare oa betri o tsoele pele ho phahama, &39;me lisebelisoa tse ntle tsa electrode li ntša oksijene. Ntlafatso e tsoelang pele, e tla fella ka ho tsoa taolong ea mocheso, e tla baka tšenyo ea betri.

Lintho tse ntle tsa elektrode tse etsahalang nakong ea tefiso ea pele li ka hlahlojoa ka chromatography ea khase ho sekaseka kapa ho bona sebopeho sa lisebelisoa tsa elektrode ka sebopeho sa lisebelisoa tsa X-ray spectrum discovery electrode. Leha ho le joalo, hajoale ha ho na mohlala oa ho hloleha o ka bolelang esale pele bokahare ba betri ka khase e ngata haholo. Kakaretso: Mokhoa oa ho hlōleha ha betri ea lithium-ion betri e ntle le e mpe ea electrode e bohlokoa bakeng sa ho senyeha ha lesela la SEI, tlhahiso ea lithium e fanoeng ke kristale kapa likristale tsa koporo, phofo ea likaroloana tse sebetsang le khase ea ho bola ha mocheso, joalo-joalo.

Har&39;a bona, moloko oa li-derivatives tsa lithium kapa li-delegths tsa koporo, khase ea ho bola ea lintho tse bonahalang e bakoa habonolo ke mocheso o sa laoleheng oa sele, o bakang ho chesa ha betri, esita le ho phatloha. Ho hloleha ha libeteri tsa lithium-ion ho hlahlojoa ke mokhoa o felileng, &39;me mochini o ntlafatsoa ka ho ntlafatsa lisebelisoa tsa betri, sebopeho, le ho ntlafatsa maemo a tikoloho, ts&39;epahalo le polokeho ea betri. Ka hona, ho na le bohlokoa ba tataiso bakeng sa tlhahiso le ts&39;ebeliso e sebetsang ea betri.