Översikt över felanalys och felmekanism för litiumjonbatteri

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Fournisseur de centrales électriques portables

Genereringen och tillväxten av 1SEI-filmen sker i ett kommersiellt litiumjonbatterisystem, och batterikapacitetsförlustdelen kommer från bieffekten mellan grafit och organisk elektrolyt, och grafiten reageras lätt elektrokemiskt med organisk litiumjonelektrolyt, speciellt lösningsmedlet är vinylkarbonat (EC) och dimetylkarbonat (DMC). När litiumjonbatteriet är under den första laddningen (steget), uppstod den negativa elektrolyten och litiumjonelektrolyten och litiumjonelektrolyten uppstod och ett lager av solid electrolyte interface (SEI) film bildas i grafitytan, vilket kan orsaka en del av den irreversibla kapaciteten. SEI-filmen säkerställer överföringen av joner samtidigt som den skyddar den reaktiva substansen, och förhindrar stabiliteten hos det aktiva materialets drift av det batteriaktiva materialet samtidigt som det förhindrar den aktiva substansen.

Emellertid, under den efterföljande cykeln av batteriet, eftersom den konstanta expansionen och sammandragningen av elektrodmaterialet orsakar att en ny aktiv plats exponeras, kan detta orsaka en kontinuerlig förlustfelmekanism, det vill säga att batteriets kapacitet kontinuerligt sänks. Denna felmekanism kan tillskrivas den elektrokemiska reduktionsprocessen av elektrodens yta, vilket uttrycks som den kontinuerliga ökningen av SEI-filmens tjocklek. Därför kan studiet av SEI-filmens kemiska komponenter och morfologi vara mer djupgående, orsaken till litiumjonbatteriets kapacitet och effektminskning.

SEI-filmbildningsprocess Under de senaste åren har forskare försökt studera SEI-membranens natur genom demonteringsexperiment av små batterisystem. Demonteringsprocessen av batteriet utförs i en aerosolic inert gas handskbox ( <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.

Även om många testmetoder har använts för att karakterisera SEI-filmen, växer själva modellen av SEI-filmen i batteriet för att karakterisera mer avancerade och direkta sätt. Svårigheten är att SEI-filmen är komplicerad med en mängd olika ämnen som organiska och oorganiska, och ingrediensen är komplicerad, och den är mycket ömtålig och lätt att reagera på miljön. Om det är felaktigt är det svårt att få fram den sanna informationen om SEI-filmen.

Förtjockningen av SEI-filmen är en typisk elektrokemisk parasitisk sidoreaktion, som har ett nära samband med reaktionskinetiken, massöverföringsprocessen och den strukturella geometrin hos batteriet. Ändringen av SEI-filmen leder dock inte direkt till ett destruktivt misslyckande, och dess sönderdelning kommer bara att orsaka en ökning av batteriets inre temperatur, vilket i sin tur kan orsaka sönderdelningsgasen, och allvarlig värme kommer att orsaka termisk utom kontroll. I FMMEA anses bildandet och tillväxten av SEI-filmen vara en förlustmekanism, vilket kan få batteriet att minska kapaciteten och öka den inre impedansen.

2 Litiumdendriter genereras, om batteriet snabbt laddas med en strömtäthet som är högre än dess märkström, och den negativa ytan formas lätt för att bilda en metalllitiumdendrid. Denna dendritiska kristall är lätt att tränga igenom membranet, vilket orsakar en kortslutning inuti batteriet. Denna situation kan resultera i att batteriet förstörs, och det är svårt att upptäcka innan batteriet är kortslutet.

Under de senaste åren har forskarna studerat tillväxthastigheten för litiumdendrid och sambandet mellan tillväxthastigheten för litiumdendriter och litiumjondiffusionskapaciteten hos litiumdendriter. Experiment visar att tillväxten av litiumdelegra är svår att upptäcka eller observera i ett komplett batterisystem, och den nuvarande modellen är begränsad till tillväxten av litiumdendriter under ett enda system. I det experimentella systemet kan det transparenta batteriet konstruerat av kvartsglas observera tillväxtprocessen av litiumdendriter på plats.

Zhang Yuegono-forskaren vid Suzhou Nanotechnology och Nano Bionic Research Institute i mitt land har avslöjat bildningsprocessen av litiumdendriter (som visas av video) i teknologin med svepelektronmikroskop (SEM). Men i det kommersiella litiumjonbatterisystemet är det svårt att uppnå den ursprungliga observationen av litiumgrenar. Den universella situationen är att observera dess litiumgrenkristaller genom att demontera batteriet.

Men eftersom aktiviteten hos litiumgrenen är mycket hög är det svårt att analysera detaljerna i generationen. Zier et al. Föreslog att rita elektrodelektronmikrogram genom att färga elektrodstrukturen för att bestämma positionen för dendriterna.

Om genereringen av litiumgrenkristall har orsakat den inre kortslutningen innan batteriet demonteras, kan denna del av den dendritiska kristallen vara svår att observera eftersom den enorma pulsströmmen från den interna kortslutningen kan orsaka litiumgrenkristallisation. Den lokala mikroporösa stängningen av diafragman tyder på att litiumdendriternas möjliga tillväxtposition, men dessa delar kan vara delvis överhettade eller orsakade av föroreningar av metallföroreningar. Därför vidareutveckling av misslyckande modeller för att förutsäga uppkomsten av litiumgrenar, och samtidigt är det mycket meningsfullt att studera liv och misslyckande förhållande under olika arbetsförhållanden.

3 Poliseringen av de aktiva materialpartiklarna är ojämn vid utmatning av snabbladdning och urladdning eller elektrodaktiv substans, det aktiva materialet är benäget att pulver eller splittras. I allmänhet, när batteriet förlängs, kan partiklarna i mikronstorlek, jonens inre spänning brytas. Den initiala sprickan kan observeras av SEM på ytan av de aktiva materialpartiklarna.

Som den upprepade inbäddningen av litiumjoner förlängs sprickorna ständigt, vilket resulterar i att partiklar spricker. Sprickbildningspartiklarna kommer att exponera den nya aktiva ytan och SEI-filmen genereras på den nya ytan. Genom forskning och analys av litiumjoninbäddningsspänning, bättre design av batterielektrodmaterial.

Christensen och Newman et al. Utvecklade den ursprungliga litium-jon inbäddade stressmodellen, och andra forskare har utökat olika material, och den geometriska morfologin av material och material. Joninbäddad stressmodell kommer att underlätta forskare att designa fler aktiva substanser.

Förlusten av kapacitet och kraft hos aktiva materialpartiklar studeras dock ytterligare, och felmekanismen för partikelfragmentering förutsägs omfattande förutsäga livslängden för litiumjonbatterier. Elektrodmaterialets volymförändring kan också göra att den aktiva substansen avlastas med strömavtagaren, så att denna del av den aktiva substansen inte är tillgänglig. Den inkonade litiumprocessen för det aktiva materialet åtföljs av jonmigrering och extern elektronmigrering inuti batteriet.

Eftersom elektrolyten är elektroniskt isolerad kan endast joner tillföras. Ledningen av elektroner är viktig för det ledande nätverket som konstrueras av elektrodytan av det ledande medlet. Frekventa förändringar i elektrodmaterialets volym kan resultera i att partiella aktiva substanser från det ledande nätverket bildar ett isolerat system, vilket inte är tillgängligt.

Denna förändring i elektrodstrukturen kan mätas genom att mäta en metod såsom en porositet eller en specifik ytarea. Denna process kan också fräsas genom fräsning av elektrodytan med den fokala jonstrålen (FIB), med användning av SEM för att utföra morfologisk observation eller röntgentomografitest med SEM. Si-negativ elektrodmaterial rengörs och frikopplas från det ledande nätverket.

Den positiva elektroden aktiva substansen i den positiva elektroden aktiva substansen är mestadels övergångsmetalloxid, såsom litiumkoboltat (LiMn2O4), eller polyanat Litiumsalt, litiumjärnfosfat (LifePo4). De flesta av de positiva aktiva substanserna är inbäddade reaktionsmekanismer, och deras stressmekanismer och recessionsmekanismer beror mestadels på granulernas fall och beskrivningen av de aktiva substanserna ovan. SEI-filmen genereras och påverkas också av den positiva elektrodens yta, men ytan på den positiva elektroden har en hög potential och dess SEI-film är mycket tunn och stabil.

Dessutom är det positiva elektrodmaterialet också känsligt för påverkan av intern värmealstring, speciellt när batteriet är överstolat. Vid laddningstillfället blir elektrolyten instabil under högt tryck, vilket resulterar i en elektrolyt och den positiva elektroden aktiva substansen, vilket gör att den inre temperaturen i batteriet fortsätter att stiga, och det positiva elektrodmaterialet frigör syre. Ytterligare uppgradering, vilket resulterar i termisk okontrollerad, kommer att orsaka förstörelse av batteriet.

Det positiva elektrodmaterialet som uppstår under förladdningen kan analyseras med gaskromatografi för att analysera eller detektera elektrodmaterialstrukturen genom röntgenspektrumdetektionselektrodmaterialstruktur. Det finns dock för närvarande ingen felmodell som kan förutsäga batteriets insida genom överladdat gasspill. Sammanfattning: Felmekanismläget för litiumjonbatteriets positiva och negativa elektrodmaterial är viktigt för sönderdelningen av SEI-membranet, produktionen av litiumdelegerade kristaller eller kopparprinkristaller, pulvret av de aktiva materialpartiklarna och värmesönderdelningsgasen, etc.

Bland dem, generering av litiumderivat eller kopparnedbrytningar, orsakas materialets nedbrytningsgas lätt av termisk utom kontroll av cellen, vilket orsakar förbränning av batteriet och till och med exploderar. Felet hos litiumjonbatterier analyseras av det bleka läget, och mekanismen optimeras genom att optimera batteriets material, struktur och förbättra batteriets miljöanpassningsförmåga, tillförlitlighet och säkerhet. Därför finns det en mycket viktig vägledande betydelse för produktion och praktisk tillämpning av batteriet.