Огляд аналізу несправностей і механізму несправності літій-іонної батареї

Awdur: Iflowpower - Proveedor de centrales eléctricas portátiles

Утворення та зростання плівки 1SEI відбувається в комерційній літій-іонній акумуляторній системі, а частина втрати ємності батареї пов’язана з побічним ефектом між графітом і органічним електролітом, а графіт легко вступає в електрохімічну реакцію з літій-іонним органічним електролітом, особливо розчинником є ​​вінілкарбонат (EC) і диметилкарбонат (DMC). Коли літій-іонна батарея знаходиться під час першого заряджання (стадії), негативний електроліт і літій-іонний електроліт відбулися, і літій-іонний електроліт стався, і шар плівки твердого електроліту (SEI) утворюється на поверхні графіту, що може спричинити частину незворотної ємності. Плівка SEI забезпечує передачу іонів, одночасно захищаючи реакційну речовину, і запобігає стабільності роботи активного матеріалу активного матеріалу акумулятора, одночасно запобігаючи активній речовині.

Однак під час наступного циклу батареї, оскільки постійне розширення та звуження матеріалу електрода викликає оголення нового активного центру, це може спричинити механізм безперервної втрати, тобто ємність батареї постійно знижується. Цей механізм поломки можна пояснити процесом електрохімічного відновлення поверхні електрода, який виражається у безперервному збільшенні товщини плівки SEI. Тому вивчення хімічних компонентів і морфології плівки SEI може бути більш поглибленим, причиною зниження ємності літій-іонного акумулятора та зниження потужності.

Процес утворення плівки SEI Останніми роками дослідники намагалися вивчити природу мембран SEI за допомогою експериментів з демонтажу малих батарейних систем. Процес розбирання батареї проводиться в бардачку аерозольного інертного газу ( <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.

Хоча для характеристики плівки SEI було використано багато методів тестування, фактична модель плівки SEI, що росте в акумуляторі, використовується для характеристики більш просунутих і прямих способів. Складність полягає в тому, що плівка SEI складна з різноманітними речовинами, такими як органічні та неорганічні, і інгредієнт складний, і він дуже крихкий і легко реагує на навколишнє середовище. Якщо це неправильно, важко отримати правдиву інформацію про плівку SEI.

Потовщення плівки SEI є типовою електрохімічною паразитарною побічною реакцією, яка тісно пов’язана з кінетикою реакції, процесом масообміну та структурною геометрією батареї. Однак зміна плівки SEI безпосередньо не призводить до руйнівної відмови, а її розкладання спричинить лише підвищення внутрішньої температури батареї, що, у свою чергу, може спричинити розкладання газу, а сильна спека призведе до виходу тепла з-під контролю. У FMMEA утворення та зростання плівки SEI вважається механізмом втрат, який може призвести до зменшення ємності акумулятора та збільшення внутрішнього опору.

2 Літієві дендрити утворюються, якщо батарею швидко заряджати при щільності струму, вищій за її номінальний струм, і негативна поверхня легко формується, щоб утворити металевий літієвий дендрид. Цей дендритний кристал легко пробити діафрагму, спричинивши коротке замикання всередині акумулятора. Ця ситуація може призвести до несправності батареї, і її важко виявити до короткого замикання батареї.

Останніми роками дослідники вивчали швидкість росту літієвих дендритів і зв’язок між швидкістю росту літієвих дендритів і літієвою дифузійною здатністю іонів літію. Експерименти показують, що ріст літієвих дендритів важко виявити або спостерігати в повній системі батареї, і поточна модель обмежена ростом літієвих дендритів в одній системі. В експериментальній системі прозора батарея, виготовлена ​​з кварцового скла, може спостерігати процес росту літієвих дендритів на місці.

Дослідник Чжан Юегоно з Сучжоуського науково-дослідного інституту нанотехнологій і нанобіоніки в моїй країні розкрив процес утворення літієвих дендритів (як показано на відео) у технології скануючого електронного мікроскопа (SEM). Однак у комерційній системі літій-іонних акумуляторів важко досягти початкового спостереження літієвих гілок. Універсальна ситуація полягає в тому, щоб спостерігати за кристалами його літієвої гілки, розбираючи батарею.

Однак, оскільки активність літієвої гілки дуже висока, важко проаналізувати деталі генерації. Zier та ін. Запропонував намалювати мікрограми електронів електрода шляхом фарбування структури електрода для визначення положення дендритів.

Якщо перед демонтажем батареї генерація літієвого розгалуженого кристала спричинила внутрішнє коротке замикання, то цю частину дендритного кристала може бути важко спостерігати, оскільки величезний імпульсний струм внутрішнього короткого замикання може спричинити кристалізацію літієвої гілки. Місцеве мікропористе закриття діафрагми свідчить про можливе зростання дендритів літію, але ці частини можуть бути частково перегріті або спричинені забрудненнями металевих домішок. Таким чином, подальший розвиток моделей відмов для прогнозування появи літієвих гілок, і в той же час, дуже важливо вивчати термін служби та зв’язок відмов за різних умов роботи.

3 Забруднення частинок активного матеріалу є нерівномірним під час розподілу швидкого заряду та розряду або активної речовини електрода, активний матеріал схильний до порошкоподібного або дроблення. Загалом, коли батарея подовжується, частинки мікронного розміру, внутрішня напруга іонів можуть бути порушені. Початкову тріщину можна спостерігати за допомогою SEM на поверхні частинок активного матеріалу.

У міру повторного впровадження іонів літію тріщини постійно розширюються, що призводить до розтріскування частинок. Частинки розтріскування оголять нову активну поверхню, і на новій поверхні утворюється плівка SEI. Завдяки дослідженню та аналізу напруги вбудовування іонів літію краще розробити електродні матеріали акумулятора.

Крістенсен і Ньюман та ін. Розробив початкову літій-іонну вбудовану модель напруги, а інші дослідники розширили різні матеріали, геометричну морфологію матеріалів і матеріалів. Модель стресу, вбудована в іони, допоможе дослідникам розробити більше активних речовин.

Проте втрата ємності та потужності частинок активного матеріалу вивчається далі, а механізм руйнування фрагментації частинок всебічно прогнозується, щоб передбачити термін служби літій-іонних батарей. Зміна об&39;єму матеріалу електрода також може призвести до вивантаження активної речовини зі струмоприймачем, так що ця частина активної речовини недоступна. Інконований літієвий процес активного матеріалу супроводжується міграцією іонів і зовнішньою міграцією електронів всередині батареї.

Оскільки електроліт має електронну ізоляцію, можуть подаватися лише іони. Провідність електронів важлива для провідної мережі, створеної поверхнею електрода за допомогою провідного агента. Часті зміни об&39;єму матеріалу електрода можуть призвести до того, що часткові активні речовини з провідної мережі утворюють ізольовану систему, яка недоступна.

Цю зміну в структурі електрода можна виміряти шляхом вимірювання такого методу, як пористість або конкретна площа поверхні. Цей процес також можна подрібнити шляхом фрезерування поверхні електрода за допомогою фокального пучка іонів (FIB), використання SEM для виконання морфологічного спостереження або рентгенівського томографічного тесту за допомогою SEM. Матеріал кремнієвого негативного електрода очищається та від’єднується від провідної мережі.

Активною речовиною позитивного електрода є здебільшого оксид перехідного металу, такий як кобальтат літію (LiMn2O4) або сіль літію поліанат, фосфат літію заліза (LifePo4). Більшість позитивних активних речовин є вбудованими механізмами реакції, а їхні механізми стресу та механізми рецесії здебільшого зумовлені падінням гранул та описом діючих речовин вище. Плівка SEI також створюється та впливає на поверхню позитивного електрода, але поверхня позитивного електрода має високий потенціал, а його плівка SEI дуже тонка та стабільна.

Крім того, матеріал позитивного електрода також сприйнятливий до впливу внутрішнього тепла, особливо коли батарея перебуває в розряді. Під час заряджання електроліт стає нестабільним під високим тиском, що призводить до утворення електроліту та активної речовини позитивного електрода, що призводить до того, що внутрішня температура батареї продовжує зростати, а матеріал позитивного електрода виділяє кисень. Подальше оновлення, що призведе до виходу тепла з-під контролю, призведе до руйнування батареї.

Матеріал позитивного електрода, який виникає під час попереднього заряду, можна проаналізувати за допомогою газової хроматографії, щоб проаналізувати або виявити структуру матеріалу електрода за допомогою рентгенівського спектру виявлення структури матеріалу електрода. Однак на даний момент не існує моделі несправності, яка б могла передбачити внутрішню частину батареї через переповнення газом. Резюме: Режим механізму відмови матеріалу позитивного та негативного електродів літій-іонної батареї важливий для розкладання мембрани SEI, виробництва делегованих літієм кристалів або кристалів міді, порошку частинок активного матеріалу та газу, що розкладається теплом, тощо.

Серед них утворення похідних літію або частинок міді, газ розкладання матеріалу легко викликається термічним виходом з-під контролю елемента, що спричиняє згоряння батареї та навіть вибух. Несправність літій-іонних акумуляторів аналізується в режимі згасання, і механізм оптимізується шляхом оптимізації матеріалу акумулятора, структури та підвищення екологічності, надійності та безпеки акумулятора. Таким чином, існує дуже важливе керівне значення для виробництва та практичного застосування батареї.