லித்தியம் அயன் பேட்டரியின் தோல்வி பகுப்பாய்வு மற்றும் தவறு பொறிமுறையின் கண்ணோட்டம்

著者：Iflowpower – Provedor de central eléctrica portátil

1SEI படத்தின் உருவாக்கம் மற்றும் வளர்ச்சி வணிக ரீதியான லித்தியம்-அயன் பேட்டரி அமைப்பில் நடைபெறுகிறது, மேலும் பேட்டரி திறன் இழப்பு பகுதி கிராஃபைட் மற்றும் கரிம எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு இடையிலான பக்க விளைவுகளிலிருந்து வருகிறது, மேலும் கிராஃபைட் லித்தியம் அயன் கரிம எலக்ட்ரோலைட்டுடன் எளிதில் மின்வேதியியல் ரீதியாக வினைபுரிகிறது, குறிப்பாக கரைப்பான் வினைல் கார்பனேட் (EC) மற்றும் டைமெத்தில் கார்பனேட் (DMC) ஆகும். லித்தியம் அயன் பேட்டரி முதல் சார்ஜிங் (நிலை) போது, ​​எதிர்மறை எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் லித்தியம் அயன் எலக்ட்ரோலைட் ஏற்பட்டு லித்தியம் அயன் எலக்ட்ரோலைட் ஏற்பட்டு, கிராஃபைட் மேற்பரப்பில் திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகம் (SEI) படலத்தின் ஒரு அடுக்கு உருவாகிறது, இது மீளமுடியாத திறனின் ஒரு பகுதியை ஏற்படுத்தும். SEI படலம் வினைத்திறன் மிக்க பொருளைப் பாதுகாக்கும் அதே வேளையில் அயனிகளின் பரவலை உறுதி செய்கிறது, மேலும் பேட்டரி செயலில் உள்ள பொருளின் செயலில் உள்ள பொருள் செயல்பாட்டின் நிலைத்தன்மையைத் தடுக்கிறது, அதே நேரத்தில் செயலில் உள்ள பொருளைத் தடுக்கிறது.

இருப்பினும், பேட்டரியின் அடுத்தடுத்த சுழற்சியின் போது, ​​மின்முனைப் பொருளின் நிலையான விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கம் ஒரு புதிய செயலில் உள்ள தளத்தை வெளிப்படுத்துவதால், இது தொடர்ச்சியான இழப்பு தோல்வி பொறிமுறையை ஏற்படுத்தக்கூடும், அதாவது, பேட்டரியின் திறன் தொடர்ந்து குறைக்கப்படுகிறது. இந்த தோல்வி பொறிமுறையானது மின்முனையின் மேற்பரப்பின் மின்வேதியியல் குறைப்பு செயல்முறைக்கு காரணமாக இருக்கலாம், இது SEI படத்தின் தடிமன் தொடர்ச்சியான அதிகரிப்பாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. எனவே, SEI படல வேதியியல் கூறுகள் மற்றும் உருவவியல் பற்றிய ஆய்வு, லித்தியம்-அயன் பேட்டரி திறன் மற்றும் சக்தி வீழ்ச்சிக்கான காரணத்தை இன்னும் ஆழமாக ஆராய முடியும்.

SEI படல உருவாக்க செயல்முறை சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிறிய பேட்டரி அமைப்புகளை பிரித்தெடுக்கும் சோதனைகள் மூலம் SEI சவ்வுகளின் தன்மையை ஆய்வு செய்ய முயன்றுள்ளனர். பேட்டரியை பிரித்தெடுக்கும் செயல்முறை ஒரு ஏரோசோலிக் மந்த வாயு கையுறை பெட்டியில் மேற்கொள்ளப்படுகிறது ( <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.

SEI பிலிமை வகைப்படுத்த பல சோதனை முறைகள் பயன்படுத்தப்பட்டாலும், பேட்டரியில் வளரும் SEI பிலிமின் உண்மையான மாதிரி மிகவும் மேம்பட்ட மற்றும் நேரடி வழிகளை வகைப்படுத்தப் பயன்படுகிறது. இதில் சிரமம் என்னவென்றால், SEI படலம் கரிம மற்றும் கனிம போன்ற பல்வேறு பொருட்களால் சிக்கலானது, மேலும் மூலப்பொருள் சிக்கலானது, மேலும் இது மிகவும் உடையக்கூடியது மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு எளிதில் பதிலளிக்கக்கூடியது. அது முறையற்றதாக இருந்தால், SEI படத்தின் உண்மையான தகவலைப் பெறுவது கடினம்.

SEI படலத்தின் தடித்தல் என்பது ஒரு பொதுவான மின்வேதியியல் ஒட்டுண்ணி பக்க வினையாகும், இது எதிர்வினை இயக்கவியல், நிறை பரிமாற்ற செயல்முறை மற்றும் பேட்டரியின் கட்டமைப்பு வடிவவியலுடன் நெருங்கிய உறவைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், SEI படத்தின் மாற்றம் நேரடியாக அழிவுகரமான தோல்வியின் தோல்விக்கு வழிவகுக்காது, மேலும் அதன் சிதைவு பேட்டரியின் உள் வெப்பநிலையில் அதிகரிப்பை மட்டுமே ஏற்படுத்தும், இது சிதைவு வாயுவை ஏற்படுத்தும், மேலும் கடுமையான வெப்பம் வெப்பத்தை கட்டுப்பாட்டை மீறச் செய்யும். FMMEA-வில், SEI படலத்தின் உருவாக்கம் மற்றும் வளர்ச்சி ஒரு இழப்பு பொறிமுறையாகக் கருதப்படுகிறது, இது பேட்டரி திறனைக் குறைத்து உள் மின்மறுப்பை அதிகரிக்கச் செய்யும்.

2. மதிப்பிடப்பட்ட மின்னோட்டத்தை விட அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தியில் பேட்டரி விரைவாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டால், லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகள் உருவாகின்றன, மேலும் எதிர்மறை மேற்பரப்பு எளிதில் உலோக லித்தியம் டென்ட்ரைடை உருவாக்குகிறது. இந்த டென்ட்ரிடிக் படிகம் உதரவிதானத்தைத் துளைக்க எளிதானது, இதனால் பேட்டரிக்குள் ஒரு குறுகிய சுற்று ஏற்படுகிறது. இந்த சூழ்நிலை பேட்டரி அழிவின் தோல்விக்கு வழிவகுக்கும், மேலும் பேட்டரி ஷார்ட் சர்க்யூட் ஆவதற்கு முன்பு அதைக் கண்டறிவது கடினம்.

சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டின் வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளின் வளர்ச்சி விகிதத்திற்கும் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளின் லித்தியம் அயனி பரவல் திறனுக்கும் இடையிலான உறவை ஆய்வு செய்துள்ளனர். முழுமையான பேட்டரி அமைப்பில் லித்தியம் டெலெக்ராவின் வளர்ச்சியைக் கண்டறிவது அல்லது கவனிப்பது கடினம் என்பதை சோதனைகள் காட்டுகின்றன, மேலும் தற்போதைய மாதிரி ஒற்றை அமைப்பின் கீழ் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளின் வளர்ச்சிக்கு மட்டுமே. சோதனை அமைப்பில், குவார்ட்ஸ் கண்ணாடியால் கட்டமைக்கப்பட்ட வெளிப்படையான பேட்டரி, லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளின் வளர்ச்சி செயல்முறையை இடத்திலேயே கவனிக்க முடியும்.

என் நாட்டில் உள்ள சுஜோ நானோ தொழில்நுட்பம் மற்றும் நானோ பயோனிக் ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தில் உள்ள ஜாங் யுகோனோ ஆராய்ச்சியாளர், ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) தொழில்நுட்பத்தில் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகள் (வீடியோவில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி) உருவாகும் செயல்முறையை வெளிப்படுத்தியுள்ளார். இருப்பினும், வணிக லித்தியம்-அயன் பேட்டரி அமைப்பில், லித்தியம் கிளைகளின் அசல் கண்காணிப்பை அடைவது கடினம். பேட்டரியை பிரிப்பதன் மூலம் அதன் லித்தியம் கிளை படிகங்களைக் கவனிப்பதே உலகளாவிய சூழ்நிலை.

இருப்பினும், லித்தியம் கிளையின் செயல்பாடு மிக அதிகமாக இருப்பதால், தலைமுறையின் விவரங்களை பகுப்பாய்வு செய்வது கடினம். ஜியர் மற்றும் பலர். டென்ட்ரைட்டுகளின் நிலையை தீர்மானிக்க மின்முனை அமைப்பை சாயமிடுவதன் மூலம் மின்முனை எலக்ட்ரான் மைக்ரோகிராம்களை வரைய முன்மொழியப்பட்டது.

பேட்டரியை அகற்றுவதற்கு முன்பு, லித்தியம் கிளை படிகத்தின் உருவாக்கம் உள்ளே குறுகிய சுற்றுக்கு காரணமாக இருந்திருந்தால், டென்ட்ரிடிக் படிகத்தின் இந்த பகுதியைக் கவனிப்பது கடினமாக இருக்கலாம், ஏனெனில் உள் குறுகிய சுற்றுகளின் மிகப்பெரிய துடிப்பு மின்னோட்டம் லித்தியம் கிளை படிகமயமாக்கலை ஏற்படுத்தக்கூடும். உதரவிதானத்தின் உள்ளூர் நுண்துளை மூடல், லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளின் சாத்தியமான வளர்ச்சி நிலையைக் குறிக்கிறது, ஆனால் இந்த பாகங்கள் ஓரளவு அதிக வெப்பமடைதல் அல்லது உலோக அசுத்த மாசுபாடுகளால் ஏற்படலாம். எனவே, லித்தியம் கிளைகளின் தோற்றத்தை முன்னறிவிப்பதற்கான தோல்வி மாதிரிகளை மேலும் மேம்படுத்துதல், அதே நேரத்தில், வெவ்வேறு வேலை நிலைமைகளின் கீழ் வாழ்க்கை மற்றும் தோல்வி உறவைப் படிப்பது மிகவும் அர்த்தமுள்ளதாக இருக்கிறது.

3 செயலில் உள்ள பொருள் துகள்களின் மகரந்தச் சேர்க்கை விரைவான சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றம் அல்லது மின்முனை செயலில் உள்ள பொருளை விநியோகிப்பதில் சீரற்றதாக உள்ளது, செயலில் உள்ள பொருள் தூள் அல்லது துண்டு துண்டாக மாற வாய்ப்புள்ளது. பொதுவாக, பேட்டரி நீட்டிக்கப்படுவதால், மைக்ரான் அளவிலான துகள்கள், அயனியின் உள் அழுத்தம் உடைக்கப்படலாம். செயலில் உள்ள பொருள் துகள்களின் மேற்பரப்பில் SEM ஆல் ஆரம்ப விரிசலைக் காணலாம்.

லித்தியம் அயனிகள் மீண்டும் மீண்டும் உட்பொதிக்கப்படுவதால், விரிசல்கள் தொடர்ந்து விரிவடைந்து, துகள்கள் விரிசல் ஏற்படுகின்றன. விரிசல் துகள்கள் புதிய செயலில் உள்ள மேற்பரப்பை வெளிப்படுத்தும், மேலும் SEI படலம் புதிய மேற்பரப்பில் உருவாக்கப்படுகிறது. லித்தியம் அயன் உட்பொதிப்பு அழுத்தத்தை ஆராய்ச்சி செய்து பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம், பேட்டரி மின்முனை பொருட்களை சிறப்பாக வடிவமைக்க முடியும்.

கிறிஸ்டென்சன் மற்றும் நியூமன் மற்றும் பலர். ஆரம்ப லித்தியம்-அயன் உட்பொதிக்கப்பட்ட அழுத்த மாதிரியை உருவாக்கினார், மேலும் பிற ஆராய்ச்சியாளர்கள் பல்வேறு பொருட்கள், பொருட்கள் மற்றும் பொருட்களின் வடிவியல் உருவவியல் ஆகியவற்றை விரிவுபடுத்தியுள்ளனர். அயன் உட்பொதிக்கப்பட்ட அழுத்த மாதிரி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதிக செயலில் உள்ள பொருட்களை வடிவமைக்க உதவும்.

இருப்பினும், செயலில் உள்ள பொருள் துகள்களின் திறன் மற்றும் சக்தி இழப்பு மேலும் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது, மேலும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் ஆயுளைக் கணிக்க துகள் துண்டு துண்டாக மாறுவதற்கான தோல்வி வழிமுறை விரிவாகக் கணிக்கப்படுகிறது. மின்முனைப் பொருளின் கன அளவு மாற்றம், செயலில் உள்ள பொருளை தற்போதைய சேகரிப்பாளருடன் இறக்குவதற்கும் காரணமாகலாம், இதனால் செயலில் உள்ள பொருளின் இந்தப் பகுதி கிடைக்காது. செயலில் உள்ள பொருளின் இணைக்கப்பட்ட லித்தியம் செயல்முறை பேட்டரியின் உள்ளே அயனி இடம்பெயர்வு மற்றும் வெளிப்புற எலக்ட்ரான் இடம்பெயர்வு ஆகியவற்றுடன் சேர்ந்துள்ளது.

எலக்ட்ரோலைட் மின்னணு முறையில் காப்பிடப்பட்டிருப்பதால், அயனிகளை மட்டுமே வழங்க முடியும். மின்கடத்தா முகவரால் மின்முனை மேற்பரப்பால் கட்டமைக்கப்பட்ட கடத்தும் வலையமைப்பிற்கு எலக்ட்ரான்களின் கடத்துத்திறன் முக்கியமானது. மின்முனைப் பொருளின் அளவில் அடிக்கடி ஏற்படும் மாற்றங்கள், கடத்தும் வலையமைப்பிலிருந்து பகுதியளவு செயலில் உள்ள பொருட்கள் ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பை உருவாக்க வழிவகுக்கும், இது கிடைக்காது.

மின்முனை கட்டமைப்பில் ஏற்படும் இந்த மாற்றத்தை, போரோசிட்டி அல்லது குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புப் பகுதியை அளவிடுவதன் மூலம் அளவிட முடியும். இந்த செயல்முறையை, குவிய அயன் கற்றை (FIB) பயன்படுத்தி மின்முனை மேற்பரப்பை அரைப்பதன் மூலமும், SEM ஐப் பயன்படுத்தி உருவவியல் கண்காணிப்பு அல்லது SEM ஐப் பயன்படுத்தி எக்ஸ்-ரே டோமோகிராஃபி சோதனையைச் செய்வதன் மூலமும் அரைக்கலாம். Si எதிர்மறை மின்முனை பொருள் சுத்தம் செய்யப்பட்டு கடத்தும் வலையமைப்பிலிருந்து துண்டிக்கப்படுகிறது.

நேர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருளின் நேர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருள் பெரும்பாலும் லித்தியம் கோபால்ட் (LiMn2O4), அல்லது பாலியனேட் லித்தியம் உப்பு, லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LifePo4) போன்ற மாற்ற உலோக ஆக்சைடு ஆகும். பெரும்பாலான நேர்மறை செயலில் உள்ள பொருட்கள் உட்பொதிக்கப்பட்ட எதிர்வினை வழிமுறைகள் ஆகும், மேலும் அவற்றின் அழுத்த வழிமுறைகள் மற்றும் மந்தநிலை வழிமுறைகள் பெரும்பாலும் துகள்களின் வீழ்ச்சி மற்றும் மேலே உள்ள செயலில் உள்ள பொருட்களின் விளக்கத்தின் காரணமாகும். SEI படலமும் நேர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பால் உருவாக்கப்பட்டு பாதிக்கப்படுகிறது, ஆனால் நேர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பு அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதன் SEI படலம் மிகவும் மெல்லியதாகவும் நிலையானதாகவும் இருக்கும்.

கூடுதலாக, நேர்மறை மின்முனைப் பொருள் உள் வெப்ப உற்பத்தியின் செல்வாக்கிற்கும் ஆளாகிறது, குறிப்பாக பேட்டரி அதிகமாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டிருக்கும் போது. சார்ஜ் செய்யும் நேரத்தில், எலக்ட்ரோலைட் அதிக அழுத்தத்தின் கீழ் நிலையற்றதாகிவிடும், இதன் விளைவாக ஒரு எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் நேர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருள் உருவாகிறது, இது பேட்டரியின் உள் வெப்பநிலை தொடர்ந்து உயர காரணமாகிறது, மேலும் நேர்மறை மின்முனை பொருள் ஆக்ஸிஜனை வெளியிடுகிறது. மேலும் மேம்படுத்தப்பட்டால், வெப்பக் கட்டுப்பாட்டை மீறுவதால், பேட்டரி சேதமடையும்.

முன்-சார்ஜின் போது ஏற்படும் நேர்மறை மின்முனைப் பொருளை வாயு குரோமடோகிராபி மூலம் பகுப்பாய்வு செய்யலாம், இது எக்ஸ்-கதிர் நிறமாலை கண்டறிதல் மின்முனைப் பொருள் அமைப்பு மூலம் மின்முனைப் பொருள் அமைப்பை பகுப்பாய்வு செய்ய அல்லது கண்டறிய உதவும். இருப்பினும், அதிகமாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட வாயு வழிதல் மூலம் பேட்டரியின் உட்புறத்தைக் கணிக்கக்கூடிய எந்த தோல்வி மாதிரியும் தற்போது இல்லை. சுருக்கம்: லித்தியம்-அயன் பேட்டரி நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைப் பொருளின் தோல்வி பொறிமுறை முறை SEI மென்படலத்தின் சிதைவு, லித்தியம் பிரதிநிதித்துவப்படுத்தப்பட்ட படிகம் அல்லது காப்பர்பிரைன் படிகங்களின் உற்பத்தி, செயலில் உள்ள பொருள் துகள்களின் தூள் மற்றும் வெப்ப சிதைவு வாயு போன்றவற்றுக்கு முக்கியமானது.

அவற்றில், லித்தியம் வழித்தோன்றல்கள் அல்லது செம்புப் பொருட்கள் உற்பத்தியில், பொருள் சிதைவு வாயுவானது, மின்கலத்தின் கட்டுப்பாட்டை மீறிய வெப்பக் கசிவால் எளிதில் ஏற்படுகிறது, இதனால் பேட்டரி எரிந்து, வெடித்துச் சிதறுகிறது. லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் செயலிழப்பு ஃபேடட் பயன்முறையால் பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது, மேலும் பேட்டரியின் பொருள், கட்டமைப்பை மேம்படுத்துவதன் மூலமும், பேட்டரியின் சுற்றுச்சூழல் தகவமைப்பு, நம்பகத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பை மேம்படுத்துவதன் மூலமும் பொறிமுறை மேம்படுத்தப்படுகிறது. எனவே, பேட்டரியின் உற்பத்தி மற்றும் நடைமுறை பயன்பாட்டிற்கு மிக முக்கியமான வழிகாட்டும் முக்கியத்துவம் உள்ளது.