Tinjauan Analisis Gagal sareng Mékanisme Kasalahan Batré Litium Ion

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pembekal Stesen Janakuasa Mudah Alih

Generasi jeung tumuwuhna pilem 1SEI aya dina sistem batré litium-ion komérsial, sarta bagian leungitna kapasitas batré tina efek samping antara grafit jeung éléktrolit organik, sarta grafit gampang electrochemically diréaksikeun jeung litium ion éléktrolit organik, utamana pangleyur nyaéta vinyl karbonat (EC) jeung dimétil karbonat (DMC). Nalika batré ion litium dina waktos ngecas munggaran (tahap), éléktrolit négatip sareng éléktrolit ion litium kajantenan sareng éléktrolit ion litium kajantenan sareng lapisan pilem éléktrolit padet (SEI) kabentuk dina permukaan grafit, anu tiasa nyababkeun bagian tina kapasitas anu teu tiasa malik. Film SEI ensures pangiriman ion bari ngajaga zat réaktif, sarta nyegah stabilitas operasi bahan aktif tina bahan aktif batré bari nyegah zat aktif.

Sanajan kitu, dina mangsa siklus saterusna batréna, saprak ékspansi konstanta sarta kontraksi bahan éléktroda ngabalukarkeun situs aktif anyar ngalaan, ieu bisa ngabalukarkeun mékanisme gagalna leungitna kontinyu, nyaeta, kapasitas batré terus lowered. Mékanisme gagalna ieu tiasa dikaitkeun kana prosés réduksi éléktrokimia permukaan éléktroda, anu dinyatakeun salaku kanaékan kontinyu dina ketebalan pilem SEI. Ku alatan éta, ulikan ngeunaan komponén kimia pilem SEI jeung morfologi bisa jadi leuwih di-jero, ngabalukarkeun kapasitas batré litium-ion jeung turunna kakuatan.

Prosés formasi pilem SEI Dina taun panganyarna, peneliti geus diusahakeun diajar sipat mémbran SEI ngaliwatan percobaan ngabongkar sistem batré leutik. Prosés ngabongkar batré dilaksanakeun dina kotak sarung tangan gas inert aerosolik ( <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.

Sanajan loba métode tés geus dipaké pikeun characterize pilem SEI, model sabenerna pilem SEI tumuwuh dina batréna dipaké pikeun characterize cara leuwih maju tur langsung. Kasusahna nyaéta yén pilem SEI pajeulit jeung rupa-rupa zat kayaning organik jeung anorganik, sarta bahan pajeulit, sarta pohara rapuh sarta gampang pikeun ngabales lingkungan. Lamun teu bener, hese pikeun ménta inpo sabenerna film SEI.

The thickening tina pilem SEI mangrupakeun réaksi samping parasit éléktrokimia has, nu boga hubungan deukeut jeung kinétika réaksi, prosés mindahkeun massa, sarta géométri struktural batréna. Sanajan kitu, robah tina pilem SEI teu langsung ngakibatkeun gagalna gagalna destructive, sarta dékomposisi na ngan bakal ngabalukarkeun kanaékan suhu internal batré, anu dina gilirannana bisa ngabalukarkeun gas dékomposisi, sarta panas parna bakal ngabalukarkeun panas kaluar kontrol. Dina FMMEA, formasi sareng kamekaran pilem SEI dianggap mékanisme leungitna, anu tiasa nyababkeun batré ngirangan kapasitas sareng ningkatkeun impedansi internal.

2 Litium dendrites ngahasilkeun, lamun batréna gancang dieusi dina dénsitas ayeuna leuwih luhur ti ayeuna dipeunteun na, sarta beungeut négatip gampang kabentuk pikeun ngabentuk logam litium dendride. Kristal déndritik ieu gampang nembus diafragma, ngabalukarkeun sirkuit pondok dina batréna. Kaayaan ieu tiasa nyababkeun gagalna karuksakan batré, sareng hese dideteksi sateuacan batréna pondok-circuited.

Dina taun-taun ayeuna, para panalungtik parantos ngulik laju pertumbuhan litium dendrida sareng hubungan antara laju pertumbuhan dendrit litium sareng kapasitas difusi ion litium dendrit litium. Percobaan némbongkeun yén tumuwuhna litium delegra hese ngadeteksi atawa niténan dina sistem batré lengkep, sarta model ayeuna dugi ka tumuwuhna dendrites litium dina sistem tunggal. Dina sistem ékspérimén, batré transparan anu diwangun ku kaca quartz tiasa niténan prosés tumuwuhna dendrites litium di situ.

Panaliti Zhang Yuegono di Suzhou Nanotéhnologi sareng Institut Panaliti Nano Bionic di nagara kuring parantos ngungkabkeun prosés formasi dendrites litium (sakumaha anu dipidangkeun ku pidéo) téknologi dina téknologi scanning electron microscope (SEM). Sanajan kitu, dina sistem batré litium-ion komérsial, hese pikeun ngahontal observasi aslina tina dahan litium. Kaayaan universal nyaéta pikeun niténan kristal cabang litium na ku ngabongkar batréna.

Nanging, kusabab kagiatan cabang litium luhur pisan, sesah pikeun nganalisis detil generasi. Zier et al. Diusulkeun ngagambar mikrogram éléktron éléktroda ku ngawarnaan struktur éléktroda pikeun nangtukeun posisi dendrit.

Lamun saméméh dismantion batré, generasi kristal cabang litium geus ngabalukarkeun sirkuit pondok di jero, teras ieu bagian tina kristal déndritik meureun hésé pikeun niténan sabab arus pulsa badag tina sirkuit pondok internal bisa ngabalukarkeun kristalisasi cabang litium. Panutupan microporous lokal tina diafragma nunjukkeun yén kamungkinan tumuwuhna posisi dendrites litium, tapi bagian ieu bisa jadi sawaréh overheating atawa disababkeun ku pangotor logam. Ku alatan éta, ngembangkeun salajengna model gagal pikeun prediksi mecenghulna dahan litium, sarta dina waktos anu sareng, éta pisan bermakna pikeun diajar hirup jeung hubungan gagal dina kaayaan kerja béda.

3 The pollization tina partikel bahan aktif henteu rata dina dispensing muatan gancang sarta ngurangan atawa zat aktif éléktroda, bahan aktif téh rawan bubuk atawa fragméntasi. Sacara umum, nalika batréna diperpanjang, partikel ukuran micron, setrés internal ion tiasa rusak. Retakan awal bisa dititénan ku SEM dina beungeut partikel bahan aktif.

Salaku embedding ulang ion litium, retakan terus ngalegaan, hasilna partikel cracking. Partikel cracking bakal ngalaan permukaan aktif anyar, sarta pilem SEI dihasilkeun dina beungeut anyar. Ku panalungtikan jeung analisis litium ion embedding stress, bahan éléktroda batré design hadé.

Christensen jeung Newman et al. Dimekarkeun model stress litium-ion awal study, sarta peneliti séjén geus dimekarkeun bahan béda, sarta morfologi geometric bahan, jeung bahan. Modél setrés anu dipasang ion bakal ngagampangkeun panalungtik pikeun ngarancang zat anu langkung aktip.

Nanging, leungitna kapasitas sareng kakuatan partikel bahan aktif ditaliti deui, sareng mékanisme gagalna fragméntasi partikel diprediksi sacara komprehensif pikeun ngaduga umur batré litium-ion. Parobahan volume bahan éléktroda ogé bisa ngabalukarkeun zat aktif unloaded kalawan collector ayeuna, ku kituna ieu bagian tina zat aktif teu sadia. Prosés litium inconed tina bahan aktip ieu dipirig ku migrasi ion jeung migrasi éléktron éksternal jero batréna.

Kusabab éléktrolit diisolasi sacara éléktronik, ngan ukur ion anu tiasa disayogikeun. Konduktor éléktron penting pikeun jaringan konduktif anu diwangun ku permukaan éléktroda ku agén konduktif. Parobahan sering dina volume bahan éléktroda bisa ngahasilkeun zat aktif parsial tina jaringan conductive pikeun ngabentuk sistem terasing, nu teu sadia.

Parobihan dina struktur éléktroda ieu tiasa diukur ku cara ngukur metode sapertos porositas atanapi daérah permukaan anu khusus. Prosés ieu ogé bisa digiling ku cara ngagiling beungeut éléktroda maké focal ion beam (FIB), maké SEM pikeun ngalakukeun observasi morfologis atawa tés tomografi sinar-X maké SEM. Si bahan éléktroda négatip cleaned na disengaged tina jaringan conductive.

Zat aktif éléktroda positif tina zat aktif éléktroda positif lolobana oksida logam transisi, kayaning litium kobaltat (LiMn2O4), atawa polyanate uyah Litium, litium beusi fosfat (LifePo4). Kaseueuran zat aktif positip mangrupikeun mékanisme réaksi anu dipasang, sareng mékanisme setrés sareng mékanisme resesi kalolobaanana disababkeun ku ragrag granul sareng katerangan zat aktif di luhur. Film SEI ogé dihasilkeun sarta kapangaruhan ku beungeut éléktroda positif, tapi beungeut éléktroda positif boga poténsi tinggi, sarta pilem SEI na pisan ipis jeung stabil.

Sajaba ti éta, bahan éléktroda positif oge susceptible kana pangaruh generasi panas internal, utamana lamun batréna overchaired. Dina waktu muatan, éléktrolit jadi teu stabil dina tekenan luhur, nu ngakibatkeun hiji éléktrolit jeung zat aktif éléktroda positif, nu ngabalukarkeun suhu internal batré terus naek, sarta bahan éléktroda positif ngaleupaskeun oksigén. pamutahiran salajengna, hasilna termal kaluar-of-kontrol, éta bakal ngabalukarkeun gagalna karuksakan kana batréna.

Bahan éléktroda positip anu lumangsung nalika pra-muatan tiasa dianalisis ku kromatografi gas pikeun nganalisis atanapi ngadeteksi struktur bahan éléktroda ku struktur bahan éléktroda deteksi spéktrum sinar-X. Sanajan kitu, ayeuna teu aya model gagalna nu bisa ngaduga jero batréna ku overcharged gas mudal. Ringkesan: Modeu mékanisme gagalna bahan éléktroda positip sareng négatip batré litium-ion penting pikeun dékomposisi mémbran SEI, produksi kristal delegasi litium atanapi kristal copperprine, bubuk partikel bahan aktif sareng gas dékomposisi panas, jsb.

Di antarana, generasi turunan litium atawa delegths tambaga, gas dékomposisi bahan gampang disababkeun ku termal kaluar kontrol sél, ngabalukarkeun durukan batré, komo exploding. Kagagalan batré litium-ion dianalisis ku modeu luntur, sareng mékanisme dioptimalkeun ku ngaoptimalkeun bahan batré, struktur, sareng ningkatkeun adaptasi lingkungan, réliabilitas sareng kasalametan batré. Ku alatan éta, aya hiji guiding significance pohara penting pikeun produksi jeung aplikasi praktis batréna.