CATL فاسفیٹ چارجنگ لیتھیم بیٹری ہائی ٹمپریچر سٹوریج کی کارکردگی کشندگی کا تجزیہ

Аўтар: Iflowpower - Cyflenwr Gorsaf Bŵer Cludadwy

Catlcatl اپنی کمرشل لیتھیم آئرن فاسفیٹ آئن بیٹری کو برقی جگہ، 60 ° C میں ذخیرہ کرنے کی صلاحیت میں کمی کی وجوہات جاننے کے لیے استعمال کرتا ہے۔ جسمانی خصوصیات اور الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کی جانچ کے ذریعہ بیٹری اور قطبی سطح کے نظام سے بیٹری کی صلاحیت کو کم کرنے کا طریقہ کار۔ I.

86AH کے ساتھ مربع فاسفیٹ آئن بیٹری کی CATL پیداوار کا استعمال کرتے ہوئے تجرباتی عمل کے تجربات۔ لائف پی او 4 میں بیٹری ایک مثبت الیکٹروڈ مواد ہے، گریفائٹ ایک منفی الیکٹروڈ مواد ہے، پولی تھیلین الگ کرنے والا اور ایک LiPF6 الیکٹرولائٹ استعمال کرتا ہے۔ ایک ہی بیچ کے قریب 20 بیٹریاں منتخب کریں اور بیٹری کی برقی کارکردگی کو اسٹور کرنے، جانچنے کے لیے بجلی کی کارکردگی۔

100% SOC بیٹری 60 ° C پریس میں 2.50 سے 3.65V کے درمیان محفوظ کی جاتی ہے، 0 کا ڈسچارج۔

5C میگنیفیکیشن - چارجنگ سائیکل۔ پھر پوری ریچارج ایبل بیٹری 60 ° C پر محفوظ کی جاتی ہے۔ اس طرح بار بار، بیٹری کی صلاحیت کشینن عمل ریکارڈنگ.

ہر صلاحیت کے ٹیسٹ کے دوران، بیٹری 5C/30S کی DC اندرونی مزاحمت (DCR) کی جانچ کی جاتی ہے۔ بیٹری کو اسٹوریج کے مختلف اوقات میں اور مکمل طور پر خارج ہونے والی حالت میں، AR گیس کے دستانے والے باکس میں الگ کر دیں۔ پولر مورفولوجی کا مشاہدہ کرنے کے لیے فیلڈ ایمیشن اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپ کا استعمال کریں، سطح کے مخصوص رقبے کو جانچنے کے لیے ایک مخصوص سطحی تجزیہ کار استعمال کریں۔

دستانے کے خانے میں، الیکٹروڈ کے ٹکڑے کو ایک شفاف ٹیپ سے بند کیا جاتا ہے، اور الیکٹروڈ مواد کا ایکسرے ڈفریکٹومیٹر کے ذریعے تجزیہ کیا جاتا ہے۔ بیٹری کی تحلیل کے بعد قطبی ٹکڑا کام کرنے والا الیکٹروڈ ہے، لیتھیم شیٹ کاؤنٹر الیکٹروڈ ہے، اور CR2032 بکسوا بیٹری میں لیس ہے، اور ین اور کمتر پلیٹ کی الیکٹرو کیمیکل خصوصیات۔ الیکٹرو کیمیکل ورک سٹیشن کے ساتھ بکسوا بیٹری کا الیکٹرو کیمیکل امپیڈینس سپیکٹرم۔

انڈکٹیو کپلنگ پلازما ایمیشن اسپیکٹومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹروڈ شیٹ کے بنیادی مواد کا تجزیہ۔ دوسرا، نتائج پر بحث کی گئی 1۔ بیٹری کی کارکردگی کا تجزیہ تصویر 1 بیٹری کی صلاحیت میں کمی اور چارج اور خارج ہونے والی کارکردگی ہے۔

سٹوریج کے وقت میں توسیع کے ساتھ، بیٹری کی صلاحیت آہستہ آہستہ ختم ہو جاتی ہے۔ جب سٹوریج کا وقت 575d تک پہنچ جاتا ہے، تو بیٹری کی صلاحیت کی کشیدگی ابتدائی صلاحیت کا 85.8% ہوتی ہے۔

بیٹری 0.02 C پر چارج اور ڈسچارج ہوتی ہے، اور درمیانی بیٹری وولٹیج وکر میں گریفائٹ کی وجہ سے پلیٹ فارمز کی کثرتیت سے سرایت شدہ لیتھیم آئنوں پر مشتمل ہوتا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ 0.02c میگنیفیکیشن لیتھ کے عمل کے دوران گریفائٹ ڈھانچے میں گریفائٹ ڈھانچے کو فراہم کیا گیا ہے۔

یہ کافی ہے۔ ، سائیکلوں پر پولرائزیشن کے اثرات کو مؤثر طریقے سے ختم کرتا ہے۔ تصویر 1 بیٹری کی صلاحیت کی کشیدگی اور چارج اور خارج ہونے والی کارکردگی کا موازنہ 0 سے کیا گیا ہے۔

5 میگنیفیکیشن، چارج اور ڈسچارج کا تناسب 0.02c تک کم کر دیا گیا ہے، جو صرف سٹوریج 181 اور 575d بیٹریوں کی صلاحیت برقرار رکھنے کے تناسب کو 0.8% اور 1 تک بڑھا سکتا ہے۔

4%. لہذا، طویل مدتی اعلی درجہ حرارت کے ذخیرہ کی وجہ سے بیٹری کی صلاحیت کی کشندگی ایک ناقابل واپسی صلاحیت کشندگی ہے۔ اس کے علاوہ، یہ ظاہر ہوتا ہے کہ بیٹری کی DC اندرونی مزاحمت کا طول و عرض بڑھتا ہے اور اہم نہیں ہے، جس سے یہ بھی ظاہر ہوتا ہے کہ بیٹری کا اندرونی پولرائزیشن کیلنڈر اسٹوریج بیٹری کی صلاحیت کے ناقابل واپسی کشندگی کی ایک اہم وجہ نہیں ہے۔

2. بیٹری کی صلاحیت کی توجہ کا طریقہ کار تجزیہ بیٹری کی صلاحیت کے ماخذ کا تجزیہ کرنے کے لیے، بیٹری کو 100% SOC پر چارج کیا جاتا ہے یا 1C میگنیفیکیشن کے بعد 100% DOD پر ڈسچارج کیا جاتا ہے۔ ین اور کمتر فعال مواد کی ساخت، عنصری ساخت اور الیکٹرو کیمیکل خصوصیات پر اعلی درجہ حرارت کے ذخیرہ کرنے کے اثرات کا جائزہ لینے کے لیے ٹوٹے ہوئے قطب کا تجزیہ۔

100% DOD XRD نقشے میں مختلف ہائی ٹمپریچر اسٹوریج ٹائم بیٹری کیتھوڈ سلائیڈز کا وسرجن تجزیہ۔ LifePO4 اور FEPO4 کے XRD معیاری سپیکٹرم کے مقابلے میں، قطبی سلائیڈ کی تمام تفاوت کی چوٹیاں ایک دوسرے سے ملتی ہیں، کوئی متفرق مرحلہ نہیں۔ تصویر 2 مختلف اسٹوریج ٹائمز کے بیٹری کیتھوڈ کا XRD سپیکٹرم ہائی ٹمپریچر میموری ریئر الیکٹروڈ شیٹ الیکٹرو کیمیکل خصوصیات 100% SOC پر اسٹوریج کے مختلف اوقات کو کم کرتی ہے، جس میں الیکٹروڈ کو ورکنگ الیکٹروڈ بیٹری کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، چارج اور ڈسچارج ٹیسٹ 0 کے ساتھ۔

1C اضافہ۔ مختلف سٹوریج ٹائم بیٹریوں کے کیتھوڈ ایکٹو مادہ کا پہلا ڈسچارج تناسب 155 mAh/g سے زیادہ ہے، اور سٹوریج بیٹری کے بغیر کیتھوڈ ایکٹو مادہ کی مخصوص صلاحیت LIFEPO4 ڈھانچے کے سٹوریج کے قریب ہے بغیر کسی واضح نقصان کے۔ شکل 3 (c) میں بکسوا بیٹری کے مستقل وولٹیج چارج کو تھوڑا سا شامل کیا گیا ہے، لیکن چارجنگ کی کل مقدار اب بھی اسٹوریج بیٹری کے بغیر کیتھوڈ ایکٹو مادہ کی مخصوص صلاحیت کے قریب ہے۔

575D کے بعد بیٹری کیتھوڈ کی پولرائزیشن بڑھ جاتی ہے، لیکن کیتھوڈ مواد کی لتیم ذخیرہ کرنے کی صلاحیت متاثر نہیں ہوتی ہے، اور ذخیرہ شدہ طریقہ کار میں الیکٹرولائٹ سڑنے والی مصنوعات کے جمع ہونے کا تعلق ہو سکتا ہے۔ انجیر۔ 3 ایک بکسوا بیٹری ہے جس میں ایک غیر حل شدہ بیٹری کے انڈور الیکٹروڈ کے ذریعہ ایک بکسوا بیٹری کا چارج اور خارج ہونے والا وکر بالترتیب 181 اور 575d سے ہے، 335 کے ساتھ۔

6 اور 327.1 mAh/g، بالترتیب، بالترتیب. ذخیرہ شدہ بیٹری اینوڈ کی بکسوا بیٹری 0 ہونے کے لیے غیر درست ہے۔

8% اور 3.0%، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ لتیم گریفائٹ کا اعلی درجہ حرارت کا ذخیرہ بھی بہت چھوٹا ہے۔ بیٹری کی حفاظت کے نقطہ نظر کے لیے، پوری بیٹری میں انوڈ کی کل مقدار عام طور پر کیتھوڈ کی کل صلاحیت کے 10% سے زیادہ ہوتی ہے، اس لیے اعلی درجہ حرارت کے ذخیرے کی وجہ سے ہونے والی انوڈ ناقابل واپسی صلاحیت کی کشندگی پوری بیٹری کی صلاحیت کو متاثر نہیں کرتی ہے۔

سٹوریج 181 اور 575D اینوڈ انوڈ کے پہلے چارج ریشو کے بالترتیب 90.4% اور 84.5% کی نہ رکنے والی رقم کا پہلا چارج تناسب ہے، اور اصل بیٹری کی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح قریب ہے۔

لہذا، بیٹری کی صلاحیت کی کمی کی اہم وجہ تمام بیٹریوں میں فعال لتیم آئنوں کا نقصان ہے۔ خلاصہ طور پر، اعلی درجہ حرارت کا ذخیرہ LIFEPO4 اور گریفائٹ الیکٹروڈ کے ڈیانٹرکلیشن کو نمایاں طور پر متاثر نہیں کرے گا۔ 100% DOD ہائی ٹمپریچر اسٹوریج بیٹری ایک پیلی کیتھوڈ کی موجودگی ہے، اینوڈ حاصل کرنے کے قابل لیتھیم آئن کی مقدار کی وجہ فعال الیکٹروڈ مواد کو ڈیلیٹی طور پر تبدیل کرنے کی صلاحیت میں کوئی خاص تبدیلی نہیں ہے، لیکن بیٹری میں بیٹری کی وجہ سے۔

آئنوں کی تعداد کم ہو جاتی ہے۔ بیٹری میں فعال لتیم آئن الیکٹروڈ / الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے الیکٹروڈ / الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے ذریعہ استعمال ہوتا ہے، اور فعال لتیم آئن کے نقصان کی بنیادی وجہ اسٹوریج کی صلاحیت کے نقصان کے طریقہ کار کے بارے میں آگاہی کو گہرا کرنے میں مدد کرتا ہے۔ کیتھوڈ میں کیتھوڈ میں لائف پی او 4 ذرات کا پولر مائکروپیٹولوجیکل تجزیہ، ذرہ سائز تقریبا 200 این ایم ہے؛ 181D اسٹوریج کے بعد، LIFEPO4 ذرات کے درمیان صفر کا سائز نمایاں طور پر تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ 575D اسٹوریج کے بعد، ذرات کے درمیان فرق نمایاں طور پر کم ہو گیا ہے۔

گریفائٹ انوڈ میں، جیسا کہ اسٹوریج کا وقت بڑھ گیا ہے، ضمنی رد عمل کی مصنوعات کی مقدار کو بھی تبدیل کر دیا گیا ہے [تصویر 4. 4 (d)، (e)، (f)]۔ اعلی درجہ حرارت کے ذخیرہ شدہ طریقہ کار میں ذیلی رد عمل کی مصنوعات کو قطب میں جمع کیا جاتا ہے، اور قطب کی شکل بدل جاتی ہے۔

مذکورہ بالا فعال لتیم آئن کے نقصان پر ذیلی رد عمل کے اثر و رسوخ کو نمایاں کرنے کے لیے، ین اور نر عنصر میں Li کے مواد کا مزید تجزیہ کیا جاتا ہے تاکہ فعال لیتھیم آئن کے نقصان کی بنیادی وجہ کا مطالعہ کیا جا سکے۔ تصویر 4 بیٹری پول مورفولوجی ٹیبل 1 100% SOC بیٹری ین اینوڈ کا ICP-OES ٹیسٹ کا نتیجہ ہے۔ کیتھوڈ میں لی کے مواد میں تبدیلی واضح نہیں ہے۔

انوڈ کے LI مواد کو بھی اسی سطح پر برقرار رکھا جاتا ہے، لہذا مختلف اسٹوریج ٹائم بیٹریوں میں ین اور بڑے قطب LI کی شدت کی کل مقدار کافی حد تک غیر تبدیل ہوتی ہے۔ جدول 1 مختلف سٹوریج ٹائم بیٹریاں (100% SOC) قطبی عنصر کا مواد چونکہ 100% SOC بیٹری کیتھوڈ شیٹ میں بہت کم ہوتا ہے، اس لیے فعال لتیم آئن کا نقصان انوڈ میں جمع کرنا ضروری ہے۔ 100% SOC ہائی ٹمپریچر اسٹوریج میں، انوڈ ایسی حالت میں ہوتا ہے جس میں پوٹیم ایسی حالت میں ہوتا ہے جس میں پوٹینشل بہت کم ہوتا ہے، اور الیکٹرولائٹ آسانی سے اس کی سطح پر رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور لیتھیم آئنوں کا استعمال ہوتا ہے، اور لیتھیم پر مشتمل سائیڈ ری ایکٹیو مصنوعات۔

اینوڈ کی گھلنشیل لیتھیم سطح کی ساخت کا تعین کرنے کے لیے، 100% DOD بیٹری کو ختم کرنا ٹائٹریٹڈ ہے، اور نتائج ٹیبل 2 میں دکھائے گئے ہیں۔ ٹیبل 2100% DOD بیٹری اینوڈ حل پذیر لیتھیم کاربونیٹ مورفولوجی میں انوڈ سطح کو تشکیل دیتا ہے، جس میں ذخیرہ کرنے کا وقت بڑھنے کے ساتھ ہی اضافہ ہوتا ہے (ٹیبل 2 دیکھیں)، اس بات کا اشارہ ہے کہ بیٹری ذخیرہ کرنے کا عمل بڑی تعداد میں غیر نامیاتی لیتھیم نمک کے اجزاء پیدا کرتا ہے۔ غیر نامیاتی نمک سالوینٹس میں کمی کے رد عمل کی ایک اہم پیداوار ہے، جو بیٹری اسٹوریج کے دوران الیکٹرولائٹ کے گلنے کی ایک بڑی مقدار کی وجہ سے ہوتا ہے۔

الیکٹروڈ ری ایکشن ڈائنامکس الیکٹرو کیمیکل ایگزاسٹ اسپیکٹروسکوپی (تصویر 5 دیکھیں)، حالانکہ کیتھوڈ آر سی ٹی اعلی درجہ حرارت کے ذخیرہ کرنے کے وقت کے ساتھ بڑھتا ہے [تصویر 4۔ 5 (a)]، لیکن کیتھوڈ RCT چھوٹا ہے، بیٹری کی اندرونی مزاحمت بھی چھوٹی ہے۔ انوڈ EIS [تصویر

5 (b)] RSEi اسٹوریج کے وقت کے ساتھ واضح نہیں ہے، لیکن RCT اسٹوریج کے وقت کے ساتھ طویل ہے. اعلی درجہ حرارت کے ذخیرہ کے دوران الیکٹرولائٹ ذیلی رد عمل کی مصنوعات کے جمع ہونے کی وجہ سے، انوڈ ریشو سطح کا رقبہ ذخیرہ کرنے کے وقت کے ساتھ کم ہو جاتا ہے، اور 0، 181 اور 575d بیٹری کا انوڈ مخصوص سطح کا رقبہ 3.42، 2 ہے۔

97 اور 1.84cm2/g۔ انوڈ کا تناسب سطح کا رقبہ انوڈ کی سطح پر ہونے والی الیکٹرو کیمیکل رد عمل کی سرگرمی کو کم کرتا ہے، جس کے نتیجے میں انوڈ / الیکٹرولائٹ کی سطح پر چارج ٹرانسفر مزاحمت RCT میں اضافہ ہوتا ہے۔

انجیر۔ 5 کو بکسوا بیٹری کے الیکٹرو کیمیکل مائبادا سپیکٹرم میں بیان کیا گیا ہے۔ اعلی درجہ حرارت کو ذخیرہ کرنے کے عمل کے دوران، لتیم سٹیٹ انوڈ کم ممکنہ حالت میں ہے، اور الیکٹرولائٹ میں کمی کا رد عمل فعال لتیم آئنوں کو کھاتا ہے، اور آخر میں ایک غیر نامیاتی لتیم نمک پیدا کرتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت میں شامل الیکٹرولیسس مائع میں کمی کے رد عمل کی شرح، لتیم آئن کی ایک بڑی مقدار کو فعال کرتی ہے (شکل 6)۔

مزید برآں، اینوڈ سائیڈ ری ایکٹیو پروڈکٹ کے ذخائر، SEI فلم موٹی ہو جاتی ہے، جس کے نتیجے میں الیکٹروڈ کائنےٹک کارکردگی خراب ہوتی ہے۔ چترا 6، سٹوریج کی صلاحیت کشین کرنے والی مشین دکھائی گئی ہے۔ 3.

بیٹری ہائی ٹمپریچر سٹوریج کی کارکردگی بیٹری ہائی ٹمپریچر سٹوریج کے عمل میں صلاحیت کے نقصان کی وجہ سے بہتر ہوئی ہے انوڈ کی سطح سے ضمنی رد عمل کی وجہ سے اہم لتیم آئن نقصان، چونکہ SEI فلم تھرمل اسٹیبلائزنگ ایڈیٹیو (ASR) کو شامل کرنے سے SEI فلم کے اعلی درجہ حرارت کے استحکام کو بڑھایا جا سکتا ہے، انوڈ کی سطح کے سائیڈ ری ایکٹیویٹی کو کم کر سکتا ہے، لیتھیم آئن کے فعال نقصان کو کم کرتا ہے۔ شکل 7 مختلف الیکٹرولائٹ بیٹری اسٹوریج کروز اور SEI جھلی تھرموسٹیبلٹی انفراسٹرکچر 1% ASR کا اضافہ مؤثر طریقے سے بیٹری کے اعلی درجہ حرارت کو ذخیرہ کرنے کی زندگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ 1% ASR شامل کرنے کے بعد، 575D صلاحیت برقرار رکھنے کا تناسب 85 سے بڑھ گیا۔

8% سے 87.5% [شکل 7 (a)]۔ ڈی سی آر رولنگ ریٹ بیس الیکٹرولائٹ کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم ہے، اور اینوڈ حل پذیر لیتھیم پر مشتمل کمپاؤنڈ کے مواد میں بھی کمی آئی ہے (ٹیبل 3)۔

DSC تجزیہ 100% SOC بیٹری اینوڈ پر کیا جاتا ہے۔ 7 (b)]، بقایا سالوینٹ کے لیے گرمی جذب کرنے کی چوٹی 100 ° C سے نیچے ہے۔ جدول 3 انوڈ حل پذیر لتیم 100% DOD بیٹری سے پہلے، انوڈ حل پذیر لتیم شامل کیا جاتا ہے، اور انوڈ 90 ° C ایکزوترم شروع ہوتا ہے، جو انوڈ سطح SEI کے لیے گل جاتا ہے۔ ASR شامل کرنے کے بعد، سڑنے کا درجہ حرارت 101 ° C تک بڑھا دیا جاتا ہے۔

ASR کو شامل کرنے کے بعد، SEI کے تھرمل استحکام کو نمایاں طور پر بہتر بنایا گیا ہے، اور فعال لتیم آئن نقصان کو مؤثر طریقے سے کم کیا جا سکتا ہے، اور بیٹری اسٹوریج کی زندگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے. تیسرا، حتمی نتیجہ کمرشیلائزڈ فاسفیٹ آئن بیٹری ہائی ٹمپریچر سٹوریج کی الیکٹرو کیمیکل خصوصیات، پولر فزکس اور الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کا تجزیہ کرتا ہے، اور پتہ چلا کہ اعلی درجہ حرارت کے اسٹوریج میں بیٹری کی صلاحیت کا نقصان کم پوٹینشل میں اینوڈ کمی الیکٹرولائٹ سے اہم ہے۔ , فعال لتیم آئن نقصان کے نتیجے میں.

انوڈ کم کرنے والے الیکٹرولائٹ کی ذیلی رد عمل والی مصنوعات کو ایک انوڈ میں جمع کیا جاتا ہے، اور ڈپازٹ میں غیر نامیاتی جزو لیتھیم آئن کے پھیلاؤ کو روکتا ہے، تاکہ انوڈ ری ایکشن کینیٹکس کم ہو جائے۔ SEI فلم کے تھرمل استحکام کو مؤثر طریقے سے بہتر بنانے، الیکٹرولائٹ کے رد عمل کو کم کرنے، فعال لتیم آئن کی کھپت کو کم کرنے، اور اعلی درجہ حرارت کو ذخیرہ کرنے کی زندگی کو بہتر بنانے کے لیے الیکٹرولائٹ میں SEI جھلی تھرموسٹیبلٹی کو شامل کرکے۔