By hoppt
Литий-иондук батарейкалардын иштешине алардын кинетикалык мүнөздөмөлөрү чоң таасир этет. Ли+ графиттик материалга киргизилгенде эң оболу дезолватацияланышы керек болгондуктан, ал белгилүү бир энергияны керектеп, Li+ графитке диффузиясын тоскоол кылышы керек. Тескерисинче, Li+ графиттик материалдан эритмеге чыкканда, адегенде солвация процесси жүрөт, ал эми сольватация процесси энергияны сарптоону талап кылбайт. Li+ графитти тез эле жок кыла алат, бул графит материалынын зарядын бир кыйла начар кабыл алууга алып келет. Разряддын кабыл алынышы.
Төмөнкү температурада терс графит электродунун кинетикалык мүнөздөмөлөрү жакшырып, начарлап кеткен. Демек, заряддоо процессинде терс электроддун электрохимиялык поляризациясы бир кыйла күчөйт, бул терс электроддун бетине металлдык литийдин чөгүшүнө оңой эле алып келиши мүмкүн. Германиянын Мюнхен техникалык университетинин кызматкери Кристиан фон Людерс тарабынан жүргүзүлгөн изилдөөлөр көрсөткөндөй, -2°Cде заряддын ылдамдыгы С/2ден ашат жана металл литийинин жаашы бир кыйла көбөйөт. Мисалы, C/2 ылдамдыгы боюнча, карама-каршы электрод бетинде литий каптоо суммасы бүт заряд жөнүндө болуп саналат. кубаттуулуктун 5.5%, бирок 9С чоңойтууда 1% жетет. Чөккөн металл литий андан ары өнүгүп, бара-бара литий дендриттерине айланып, диафрагма аркылуу тешип, оң жана терс электроддордун кыска туташуусуна алып келиши мүмкүн. Ошондуктан, литий-иондук батареяны мүмкүн болушунча төмөн температурада заряддоодон алыс болуу зарыл. Батареяны төмөнкү температурада заряддаш керек болгондо, литий-иондук батарейканы мүмкүн болушунча кубаттоо үчүн кичинекей токту тандап алуу жана литий-иондук батарейканы кубаттагандан кийин толугу менен сактоо керек, бул терс электроддон металл литийдин чөккөндүгүн камсыз кылуу үчүн. графит менен реакцияга кирип, терс графит электродуна кайра киргизилиши мүмкүн.
Вероника Зинт жана башка Мюнхен техникалык университетинин кызматкерлери нейтрондук дифракцияны жана башка методдорду литий-иондук батарейкалардын төмөнкү температурада -20°Сте литий эволюциясын изилдөө үчүн колдонушкан. Нейтрондук дифракция акыркы жылдары аныктоонун жаңы ыкмасы болуп калды. XRD менен салыштырганда, нейтрондук дифракция жеңил элементтерге (Li, O, N, ж.
Экспериментте VeronikaZinth NMC111/graphite 18650 батареясын төмөнкү температурада литий-иондук батарейкалардын литий эволюциясынын жүрүм-турумун изилдөө үчүн колдонгон. Төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөн процесске ылайык, батарейка сыноо учурунда заряддалат жана зарядсызданат.
Төмөнкү сүрөттө C/30 ылдамдыгы заряддоодо экинчи заряддоо циклинин учурунда ар кандай SoCs астында терс электроддун фазалык өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Бул 30.9% SoC, терс электроддун этаптары, негизинен, LiC12, Li1-XC18 жана LiC6 курамынын бир аз сандагыдай сезилиши мүмкүн; SoC 46% ашкандан кийин, LiC12 дифракциясынын интенсивдүүлүгү төмөндөөнү улантууда, ал эми LiC6 кубаттуулугу өсүүдө. Бирок, акыркы заряд аяктагандан кийин да, төмөн температурада 1503 мАч гана заряддалгандыктан (кубаттуулугу бөлмө температурасында 1950 мАч), терс электроддо LiC12 бар. Заряддоо агымы C/100 чейин кыскарды дейли. Бул учурда, батарейка дагы эле төмөн температурада 1950mAh сыйымдуулугун ала алат, бул төмөнкү температурада литий-иондук батарейкалардын кубаттуулугунун төмөндөшү негизинен кинетикалык шарттардын начарлашына байланыштуу экенин көрсөтүп турат.
Төмөнкү сүрөттө -5°С төмөн температурада С/20 ылдамдыгы боюнча заряддоодо терс электроддогу графиттин фазалык өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Бул графиттин фазалык өзгөрүшү C/30 ылдамдыгы заряддоосуна салыштырмалуу бир топ айырмаланарын көрүүгө болот. Сүрөттөн көрүнүп тургандай, SoC>40% болгондо, LiC12 батареясынын фазалык күчү C/5 заряддын ылдамдыгы астында бир кыйла жай төмөндөйт, ал эми LiC6 фазасынын күчөшү C/30га караганда бир топ алсыз болот. заряддын баасы. Бул C/5 салыштырмалуу жогорку ылдамдыкта LiC12 азыраак литийди интеркалациялоону улантып, LiC6га айланганын көрсөтөт.
Төмөнкү сүрөттө С/30 жана С/5 ылдамдыкта заряддоодо терс графит электродунун фазалык өзгөрүүлөрү салыштырылган. Сүрөт эки башка заряддоо курсу үчүн литий-кедей фазасы Li1-XC18 абдан окшош экенин көрсөтүп турат. Айырма негизинен LiC12 жана LiC6 эки фазасында чагылдырылган. Сүрөттөн терс электроддун фазасынын өзгөрүү тенденциясы эки заряддын ылдамдыгы боюнча заряддоонун баштапкы этабында салыштырмалуу жакын экенин көрүүгө болот. LiC12 фазасы үчүн, заряддоо кубаттуулугу 950mAh (49% SoC) жеткенде, өзгөрүү тенденциясы башкача болуп чыга баштайт. 1100mAh (56.4% SoC) келгенде, эки чоңойтуудагы LiC12 фазасы олуттуу боштукту көрсөтө баштайт. C/30 төмөн ылдамдыкта заряддоодо, LiC12 баскычынын төмөндөшү абдан тез, бирок C/12 ылдамдыгы боюнча LiC5 фазасынын төмөндөшү бир топ жайыраак болот; башкача айтканда, терс электроддо литийди киргизүүнүн кинетикалык шарттары төмөнкү температурада начарлайт. , Ошентип, LiC12 литийди андан ары интеркалациялап, LiC6 фазасынын ылдамдыгын төмөндөтөт. Тиешелүү түрдө, LiC6 фазасы C/30 төмөн ылдамдыкта абдан тез өсөт, бирок C/5 ылдамдыгында бир топ жайыраак. Бул C/5 ылдамдыгында графиттин кристалл түзүмүндө көбүрөөк майда Li камтылганын көрсөтүп турат, бирок эң кызыгы, батареянын заряддоо сыйымдуулугу (1520.5 мАч) C/5 кубаттоо ылдамдыгында Стен жогору. /30 тариф. Кубаттуулугу (1503.5 мАч) жогору. Терс графит электродуна салынбаган кошумча Li металлдык литий түрүндө графиттин бетинде чөктүрүлүшү ыктымал. Заряддоо аяктагандан кийин туруу процесси да муну капталдан далилдейт — бир аз.
Төмөнкү сүрөттө терс графит электроддун заряддоодон кийин жана 20 саатка калтырылгандан кийинки фазалык структурасы көрсөтүлгөн. Заряддоо аяктагандан кийин, терс графит электроддун фазасы эки заряддын ылдамдыгы боюнча абдан айырмаланат. С/5те графит анодундагы LiC12 катышы жогору, ал эми LiC6 пайызы азыраак, бирок 20 саат тургандан кийин экөөнүн ортосундагы айырма минималдуу болуп калды.
Төмөнкү сүрөттө 20 сааттык сактоо процессинде терс графит электродунун фазалык өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Сүрөттөн көрүнүп тургандай, эки карама-каршы электроддун фазалары башында абдан айырмаланып турса да, сактоо убактысы көбөйгөн сайын, заряддын эки түрү Чоңойтуудагы графит анодунун баскычы абдан жакын өзгөргөн. LiC12 текче процессинде LiC6га айландырылышы мүмкүн, бул текче процессинде Li графитке кыстарыла берерин көрсөтөт. Ли бул бөлүгү, кыязы, металлдык литий төмөн температурада терс графит электроддун бетине чөккөн болушу мүмкүн. Андан ары талдоо C / 30 чен боюнча кубаттоо аягында, терс графит электроддун литий intercalation даражасы 68% экенин көрсөттү. Ошентсе да, литий intercalation даражасы текчелер кийин 71% га, 3% га өскөн. C / 5 ылдамдыгы боюнча заряддоонун аягында терс графит электродунун литийди киргизүү даражасы 58% түздү, бирок 20 саатка калтырылгандан кийин ал 70% га чейин көбөйүп, жалпысынан 12% га өстү.
Жогорудагы изилдөөлөр көрсөткөндөй, төмөнкү температурада заряддоодо батареянын сыйымдуулугу кинетикалык шарттардын начарлашынан улам азаят. Ал ошондой эле графиттин литийди киргизүү ылдамдыгынын төмөндөшүнөн улам терс электроддун бетинде литий металлын чөктүрөт. Бирок, сактоо мөөнөтү өткөндөн кийин, металл литий Бул бөлүгү кайра graphite камтылган болот; иш жүзүндө колдонууда, текче убактысы көбүнчө кыска жана бардык металлдык литий кайра графитке кыстарылышы мүмкүн экенине эч кандай кепилдик жок, ошондуктан ал терс электроддо кээ бир металл литийдин болушуна алып келиши мүмкүн. Литий-иондук батареянын бети литий-иондук батарейканын сыйымдуулугуна таасирин тийгизет жана литий-иондук батареянын коопсуздугуна коркунуч туудурган литий дендриттерин пайда кылышы мүмкүн. Ошондуктан, литий-иондук батарейканы төмөнкү температурада заряддоодон алыс болуңуз. Төмөн ток жана орнотулгандан кийин, терс графит электродундагы металл литийди жок кылуу үчүн жетиштүү текче убактысын камсыз кылыңыз.
Бул макала негизинен төмөнкү документтерге шилтеме кылат. Отчет тиешелүү илимий иштерди, класстык сабактарды жана илимий изилдөөлөрдү киргизүү жана карап чыгуу үчүн гана колдонулат. Коммерциялык максатта эмес. Эгерде сизде кандайдыр бир автордук укук маселеси болсо, биз менен байланышыңыз.
1. Литий-иондук конденсаторлордо терс электроддор катары графиттик материалдардын ылдамдыгы, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo
2. Литий-иондук батарейкалардагы литий каптоо чыңалуу релаксациясы жана жеринде нейтрондук дифракция тарабынан изилденген, Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Кристиан фон Людерс, Вероника Зинт, Саймон В.Эрхард, Патрик Дж.Осс, Патрик Дж.Ос , Ральф Гиллес, Андреас Жоссен
3. Литий-иондук батарейкаларда айлана-чөйрөнүн астындагы температураларда литий каптоо, жеринде нейтрон дифракциясы тарабынан изилденген, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Вероника Зинт, Кристиан фон Людерс, Майкл Хофманн, Иоханнесберг Симондор, Иоханнесберг Эрхард, Джоана Ребело-Корнмайер, Андреас Жоссен, Ральф Гиллес
6 сааттын ичинде жооп бериңиз, бардык суроолоруңуз кабыл алынат!
