Lityum-ion batareyasining nosozliklar tahlili va nosozlik mexanizmiga umumiy nuqtai

著者：Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

1SEI filmining ishlab chiqarilishi va o&39;sishi tijorat lityum-ion batareya tizimida va batareya quvvatining yo&39;qolishi qismi grafit va organik elektrolitlar o&39;rtasidagi yon ta&39;sirdan kelib chiqadi va grafit lityum ionli organik elektrolitlar bilan osongina elektrokimyoviy reaksiyaga kirishadi, ayniqsa Solvent vinil karbonat (EC) va dimetil karbonat (DMC). Lityum ion batareyasi birinchi zaryadlash (bosqich) vaqtida bo&39;lsa, salbiy elektrolit va lityum ion elektrolitlari paydo bo&39;ldi va lityum ion elektrolitlari paydo bo&39;ldi va grafit yuzasida qattiq elektrolitlar interfeysi (SEI) plyonkasi qatlami hosil bo&39;ladi, bu esa qaytarib bo&39;lmaydigan quvvatning bir qismini keltirib chiqarishi mumkin. SEI plyonkasi reaktiv moddani himoya qilishda ionlarning uzatilishini ta&39;minlaydi va faol moddaning oldini olishda akkumulyator faol moddasining faol moddasi ishlashining barqarorligini oldini oladi.

Biroq, batareyaning keyingi aylanishi davomida, elektrod materialining doimiy kengayishi va qisqarishi yangi faol joyning paydo bo&39;lishiga olib keladi, bu uzluksiz yo&39;qotish mexanizmini keltirib chiqarishi mumkin, ya&39;ni batareya quvvati doimiy ravishda pasayadi. Ushbu nosozlik mexanizmi elektrod yuzasini elektrokimyoviy pasaytirish jarayoni bilan bog&39;liq bo&39;lishi mumkin, bu SEI plyonkasi qalinligining doimiy o&39;sishi sifatida ifodalanadi. Shu sababli, SEI kino kimyoviy komponentlarini va morfologiyasini o&39;rganish yanada chuqurroq bo&39;lishi mumkin, lityum-ion batareya quvvati va quvvatning pasayishi sababi.

SEI plyonkasini shakllantirish jarayoni So&39;nggi yillarda tadqiqotchilar kichik batareya tizimlarini demontaj qilish tajribalari orqali SEI membranalarining tabiatini o&39;rganishga harakat qilishdi. Batareyani demontaj qilish jarayoni aerozolli inert gaz qo&39;lqop qutisida amalga oshiriladi ( <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 filmini tavsiflash uchun ko&39;plab sinov usullari qo&39;llanilgan bo&39;lsa-da, batareyada o&39;sadigan SEI filmining haqiqiy modeli yanada ilg&39;or va to&39;g&39;ridan-to&39;g&39;ri yo&39;llarni tavsiflash uchun ishlatiladi. Qiyinchilik shundaki, SEI filmi organik va noorganik kabi turli xil moddalar bilan murakkab va tarkibiy qism murakkab va u juda nozik va atrof-muhitga javob berish oson. Agar u noto&39;g&39;ri bo&39;lsa, SEI filmining haqiqiy ma&39;lumotlarini olish qiyin.

SEI filmining qalinlashishi odatiy elektrokimyoviy parazit yon reaktsiya bo&39;lib, u reaktsiya kinetikasi, massa uzatish jarayoni va batareyaning strukturaviy geometriyasi bilan yaqin aloqada bo&39;ladi. Biroq, SEI plyonkasining o&39;zgarishi to&39;g&39;ridan-to&39;g&39;ri halokatli ishlamay qolishiga olib kelmaydi va uning parchalanishi faqat batareyaning ichki haroratining oshishiga olib keladi, bu esa o&39;z navbatida gazning parchalanishiga olib kelishi mumkin va kuchli issiqlik termal nazoratdan chiqib ketishiga olib keladi. FMMEA-da SEI plyonkasining shakllanishi va o&39;sishi yo&39;qotish mexanizmi hisoblanadi, bu batareyaning quvvatini kamaytirishga va ichki impedansni oshirishga olib kelishi mumkin.

2 Lityum dendritlar hosil qiladi, agar batareya nominal oqimdan yuqori oqim zichligida tezda zaryadlangan bo&39;lsa va salbiy sirt metall lityum dendrid hosil qilish uchun osonlik bilan hosil bo&39;lsa. Ushbu dendritik kristall membranani teshishi oson, bu batareyaning ichida qisqa tutashuvga olib keladi. Bu holat batareyaning nobud bo&39;lishiga olib kelishi mumkin va batareyani qisqa tutashuvdan oldin aniqlash qiyin.

So&39;nggi yillarda tadqiqotchilar lityum dendritning o&39;sish sur&39;atini va lityum dendritlarning o&39;sish tezligi va lityum dendritlarning litiy ionlarining diffuziya qobiliyati o&39;rtasidagi bog&39;liqlikni o&39;rganishdi. Tajribalar shuni ko&39;rsatadiki, lityum delegra o&39;sishini to&39;liq akkumulyator tizimida aniqlash yoki kuzatish qiyin va hozirgi model bitta tizim ostida lityum dendritlarning o&39;sishi bilan cheklangan. Eksperimental tizimda kvarts oynasidan qurilgan shaffof batareya lityum dendritlarning o&39;sish jarayonini joyida kuzatishi mumkin.

Mamlakatimdagi Suzhou Nanotexnologiya va Nanobionic tadqiqot institutining tadqiqotchisi Chjan Yuegono skanerlash elektron mikroskop (SEM) texnologiyasida litiy dendritlarini (videoda ko&39;rsatilgandek) hosil qilish jarayonini aniqladi. Biroq, tijorat lityum-ion batareyalar tizimida lityum shoxlarini asl kuzatishga erishish qiyin. Umumjahon vaziyat batareyani demontaj qilish orqali uning lityum filiali kristallarini kuzatishdir.

Biroq, lityum filialining faolligi juda yuqori bo&39;lganligi sababli, naslning tafsilotlarini tahlil qilish qiyin. Zier va boshqalar. Dendritlar o&39;rnini aniqlash uchun elektrod strukturasini bo&39;yash orqali elektrod elektron mikrogrammalarini chizish taklif qilingan.

Agar batareyani demontaj qilishdan oldin, lityum filial kristalining paydo bo&39;lishi ichki qisqa tutashuvga olib kelgan bo&39;lsa, u holda dendritik kristalning bu qismini kuzatish qiyin bo&39;lishi mumkin, chunki ichki qisqa tutashuvning katta impuls oqimi lityum filialining kristallanishiga olib kelishi mumkin. Diafragmaning mahalliy mikro gözenekli yopilishi lityum dendritlarning mumkin bo&39;lgan o&39;sish holatini ko&39;rsatadi, ammo bu qismlar qisman qizib ketishi yoki metall nopoklik ifloslantiruvchi moddalardan kelib chiqishi mumkin. Shu sababli, lityum shoxlarining paydo bo&39;lishini bashorat qilish uchun muvaffaqiyatsizlik modellarini yanada rivojlantirish va shu bilan birga, turli xil ish sharoitida hayot va muvaffaqiyatsizlik munosabatlarini o&39;rganish juda mazmunli.

3 Faol moddaning zarrachalarining changlanishi tez zaryadlash va tushirish yoki elektrod faol moddasini tarqatishda notekis bo&39;lib, faol material chang yoki parchalanishga moyil. Umuman olganda, batareya uzaytirilganda, mikron o&39;lchamdagi zarralar, ionning ichki stressi buzilishi mumkin. Dastlabki yoriq SEM yordamida faol material zarralari yuzasida kuzatilishi mumkin.

Lityum ionlarining qayta-qayta joylashishi sifatida yoriqlar doimiy ravishda kengayib boradi, natijada zarrachalar yorilib ketadi. Yoriq zarralari yangi faol sirtni ochib beradi va yangi sirtda SEI plyonkasi hosil bo&39;ladi. Lityum ionini joylashtirish stressini tadqiq qilish va tahlil qilish orqali batareya elektrod materiallarini yaxshiroq loyihalash.

Kristensen va Nyuman va boshqalar. Dastlabki litiy-ionli o&39;rnatilgan stress modelini ishlab chiqdi va boshqa tadqiqotchilar turli materiallarni, materiallar va materiallarning geometrik morfologiyasini kengaytirdilar. Ion o&39;rnatilgan stress modeli tadqiqotchilarga ko&39;proq faol moddalarni ishlab chiqishda yordam beradi.

Shu bilan birga, faol material zarralarining quvvati va quvvatini yo&39;qotish qo&39;shimcha ravishda o&39;rganiladi va zarrachalar parchalanishining qobiliyatsiz mexanizmi lityum-ion batareyalarning ishlash muddatini bashorat qilish uchun har tomonlama bashorat qilinadi. Elektrod materialining hajmining o&39;zgarishi ham faol moddaning oqim kollektori bilan tushirilishiga olib kelishi mumkin, shuning uchun faol moddaning bu qismi mavjud emas. Faol moddaning inconed lityum jarayoni batareya ichidagi ion migratsiyasi va tashqi elektron migratsiyasi bilan birga keladi.

Elektrolitlar elektron izolyatsiya qilinganligi sababli, faqat ionlar bilan ta&39;minlanishi mumkin. Elektronlarning o&39;tkazuvchanligi o&39;tkazuvchi vosita tomonidan elektrod yuzasi tomonidan qurilgan o&39;tkazuvchan tarmoq uchun muhimdir. Elektrod materialining hajmining tez-tez o&39;zgarishi natijasida o&39;tkazuvchan tarmoqdan qisman faol moddalar ajratilgan tizimni hosil qiladi, bu mavjud emas.

Elektrod strukturasidagi bu o&39;zgarish porozlik yoki ma&39;lum bir sirt maydoni kabi usulni o&39;lchash orqali o&39;lchanishi mumkin. Bu jarayon, shuningdek, SEM yordamida morfologik kuzatish yoki rentgen tomografiya sinovini o&39;tkazish uchun SEM yordamida fokal ion nurlari (FIB) yordamida elektrod yuzasini frezalash orqali ham maydalanishi mumkin. Si salbiy elektrod materiali tozalanadi va o&39;tkazgich tarmog&39;idan ajratiladi.

Ijobiy elektrod faol moddasining musbat elektrod faol moddasi asosan lityum kobaltat (LiMn2O4) yoki polianat lityum tuzi, lityum temir fosfat (LifePo4) kabi o&39;tish metall oksididir. Ijobiy faol moddalarning aksariyati o&39;rnatilgan reaktsiya mexanizmlari bo&39;lib, ularning stress mexanizmlari va retsessiya mexanizmlari asosan granulalarning tushishi va yuqoridagi faol moddalarning tavsifi bilan bog&39;liq. SEI plyonkasi ham musbat elektrod yuzasida hosil bo&39;ladi va ta&39;sir qiladi, lekin musbat elektrodning yuzasi yuqori potentsialga ega va uning SEI plyonkasi juda nozik va barqaror.

Bunga qo&39;shimcha ravishda, musbat elektrod materiali ham ichki issiqlik hosil bo&39;lishining ta&39;siriga moyil bo&39;ladi, ayniqsa batareyani ortiqcha stul o&39;tkazganda. Zaryadlash vaqtida elektrolitlar yuqori bosim ostida beqaror bo&39;lib qoladi, buning natijasida elektrolit va musbat elektrod faol moddasi paydo bo&39;ladi, bu batareyaning ichki harorati ko&39;tarilishini davom ettiradi va musbat elektrod moddasi kislorodni chiqaradi. Keyinchalik yangilash, natijada termal nazoratdan chiqib ketadi, bu batareyaning nobud bo&39;lishiga olib keladi.

Oldindan zaryadlash paytida yuzaga keladigan musbat elektrod materiali, rentgen spektrini aniqlash elektrod materialining strukturasi orqali elektrod materialining strukturasini tahlil qilish yoki aniqlash uchun gaz xromatografiyasi bilan tahlil qilinishi mumkin. Biroq, hozirda batareyaning ichki qismini haddan tashqari zaryadlangan gaz to&39;lib ketishi bilan taxmin qila oladigan nosozlik modeli yo&39;q. Xulosa: Lityum-ion batareyasining musbat va salbiy elektrod materialining ishlamay qolish mexanizmi rejimi SEI membranasining parchalanishi, lityum delegatsiyalangan kristall yoki mis kristallarini ishlab chiqarish, faol material zarralari kukuni va issiqlik parchalanadigan gaz va boshqalar uchun muhimdir.

Ularning orasida lityum hosilalari yoki mis delegatlari hosil bo&39;lishi, materialning parchalanishi gazni hujayraning nazorati ostida bo&39;lmagan termal ta&39;siridan osongina kelib chiqadi, batareyaning yonishi va hatto portlashi mumkin. Lityum-ion batareyalarning ishdan chiqishi xira rejim bilan tahlil qilinadi va mexanizm batareyaning materialini, tuzilishini optimallashtirish va batareyaning atrof-muhitga moslashuvi, ishonchliligi va xavfsizligini yaxshilash orqali optimallashtiriladi. Shuning uchun batareyani ishlab chiqarish va amaliy qo&39;llash uchun juda muhim rahbarlik ahamiyati mavjud.