Vekirina Mystery: Kapasîteya Super Teorîk di Pîlên Lithium-Ion de

Çima pîlê lîtium fenomenek kapasîteya super teorîkî heye

Di bataryayên lîtium-ion (LIB) de, gelek elektrodên oksîdê metal ên veguhêz ji nirxa xweya teorîkî wêdetir kapasîteya hilanînê ya bêhempa nîşan didin. Her çend ev diyarde bi berfirehî hate ragihandin jî, mekanîzmayên bingehîn ên fizîkî-kîmyayî yên di van materyalan de nezelal dimînin û mijara nîqaşê dimînin.

Profîla encamên

Di van demên dawî de, Profesor Miao Guoxing ji Zanîngeha Waterloo, Kanada, Profesor Yu Guihua ji Zanîngeha Teksasê li Austin, û Li Hongsen û Li Qiang ji Zanîngeha Qingdao bi hev re li ser Materyalên Xwezayê lêkolînek di bin sernavê "Kapasîteya hilanînê ya zêde li bataryayên lîtium-ion oksîdê metalê yên veguhêz ji hêla magnetometriya li cîh ve têne xuyang kirin. Di vê xebatê de, nivîskaran çavdêriya magnetîkî ya li cîh bikar anîn da ku hebûna kapasîteya rûkalê ya bihêz a li ser nanoparçeyên metal nîşan bidin û ku hejmareke mezin ji elektronên polarkirî yên spin dikarin di nanoparçeyên metal ên jixwe kêmkirî de werin hilanîn, ku ev yek bi mekanîzmaya barkirina mekan re hevaheng e. Digel vê yekê, mekanîzmaya barkirina cîhê ya eşkerekirî dikare li pêkhateyên din ên metal ên veguhêz were dirêj kirin, ku rêbernameyek sereke ji bo sazkirina pergalên hilanîna enerjiyê ya pêşkeftî peyda dike.

Lêkolînan berbiçav dike

(1) Fe-yek tîpîk bi karanîna teknîka çavdêriya magnetîkî ya li cîhê3O4 / Pêşveçûna avahiya elektronîkî ya di hundurê pîlê Li de hate lêkolîn kirin;

(2) diyar dike ku Fe3O4Di pergala / Li de, kapasîteya barkirina rûkal çavkaniya sereke ya kapasîteya zêde ye;

(3) Mekanîzmaya kapasîteya rûkalê ya nanoparçeyên metal dikare li cûrbecûr pêkhateyên metal ên veguhêz were dirêj kirin.

Rêbernameya nivîs û nivîsê

1. Taybetmendiya strukturel û taybetmendiyên elektrokîmyayî

Feya vala ya monodisperse bi rêbazên hîdrotermal ên adetî3O4Nanospheres hate sentez kirin, û dûv re di 100 mAg-1 Barkirin û dakêşana di dendika niha de pêk hat (Wêne 1a), kapasîteya dakêşanê ya yekem 1718 mAh g-1, bi rêzê 1370 mAhg di dema duyemîn û sêyemîn de ye. 1Û 1,364 mAhg−1, Dûr 926 mAhg−1 Teoriya bendewariyê. Wêneyên BF-STEM yên hilbera bi tevahî dakêşandî (Wêne 1b-c) destnîşan dikin ku piştî kêmkirina lîtiumê, Fe3O4 Nanospheres veguherî nanoparçeyên Fe yên piçûktir ên bi qasî 1 - 3 nm, ku li navenda Li2O belav bûne.

Ji bo nîşandana guheztina magnetîzmê di dema çerxa elektrokîmyayî de, kelek magnetîzasyonek piştî dakêşana tam a 0.01 V hate bidestxistin (Wêne 1d), ku tevgera superparamagnetic ya ji ber çêbûna nanoparçeyan nîşan dide.

Wêne 1 (a) li 100 mAg−1Fe ya bisiklêtê ya bi tîrêjiya nihayê3O4/ Barkirina niha ya domdar û dakêşana batarya Li; (b) bi tevahî lîtium Fe3O4 Wêneya BF-STEM ya elektrodê; (c) hebûna Li-yê di wêneyên BF-STEM-ê yên O- û Fe-yê de-berhevkirî2-berbilind; (d) Fe3O4 Kevirên hîsterezîzê yên elektrodê li ber (reş) û paş (şîn), û qertafa langevîn a ya paşîn (binefşî).

2. Tespîtkirina rast-demê ya pêşveçûna avahî û magnetîkî

Ji bo ku elektrokîmyayê bi Fe3O4Of re guhertinên avahî û magnetîkî yên girêdayî Fe3O4-ê ve girêdayî bin, Elektrodên li cîhê tîrêjên X-tîrêjê (XRD) û li cîhê çavdêriya magnetîkî hatin kirin. Fe di nav rêzek şêweyên dabeşkirina XRD de di dema vekêşana destpêkê de ji voltaja dorhêla vekirî (OCV) berbi 1.2V3O4Pêk lûtkeyên veqetandinê ne di tundî û ne jî di pozîsyonê de girîng neguherîn (Wêne 2a), ku destnîşan dike ku Fe3O4Only pêvajoya navberkirina Li-yê ceriband. Dema ku li 3V tê barkirin, avahiya Fe3O4 Struktura dijî-spinel sax dimîne, û destnîşan dike ku pêvajo di vê pencereya voltajê de pir veger e. Zêdetir çavdêriya magnetîkî ya li cîhê ku bi ceribandinên barkêş-dakêşana niha ya domdar re tê hev kirin hate kirin da ku lêkolîn bikin ka magnetîzasyon çawa di wextê rast de pêşve diçe (Wêne 2b).

Figure 2 Taybetmendiya XRD-ya li cîh û çavdêriya magnetîkî.(A) li cîh XRD; (b) Fe3O4 Kîra bar-dakêşana elektrokîmyayî ya di bin 3 T de qada magnetîkî ya sepandî û berteka magnetîkî ya li cîhê vegerê ya têkildar.

Ji bo ku di warê guhertinên magnetîzasyonê de têgihiştinek bingehîn a vê pêvajoya veguheztinê bi dest bixin, bersiva magnetîkî di wextê rast de tê berhev kirin û veguheztina qonaxê ya têkildar bi reaksiyonên elektrokîmyayî yên rêvekirî re tê berhev kirin (Wêne 3). Eşkere ye ku di dema dakêşana yekem de, Fe3O4Bersiva magnetîzasyona elektrodê ji çerxên din ên ji ber Fe di dema lîthalîzasyona yekem de cûda dibe. Dema ku potansiyel daket 3V, qonaxa Fe4O0.78The antîspinel hate guherandin ku li Li3The çîna FeO avahiya halîtê ya O, Fe4O2 Qonax piştî barkirinê nayê vegerandin. Bi vî rengî, magnetîzasyon bi lez dadikeve 3 μb Fe−4. Her ku lîtialîzasyon ber bi pêş ve diçe, qonaxek nû çênebû, û tundiya (0.482) û (1) lûtkeyên dabeşkirina FeO yên pola dest bi qelsbûnê kir. Wekhev Fe200O220 Dema ku elektrod bi tevahî lîalîze bibe lûtkeya XRD ya girîng nayê girtin (Wêne 3a). Bala xwe bidinê ku dema ku elektroda Fe4O3 ji 3V berbi 4V derdixe, magnetîzasyon (ji 0.78 μ b Fe−0.45 Zêde bû 0.482 μ bFe−1), ev yek ji reaksiyona veguheztinê ji FeO bo Fe hate veqetandin. Dûv re, di dawiya dakêşanê de, magnetîzasyon hêdî hêdî daket 1.266 μ B Fe−1. Ev vedîtin pêşniyar dike ku bi tevahî kêmbûyî metal Fe1.132Nanoparticles hîn jî dibe ku beşdarî reaksiyona hilanîna lîtiumê bibin, bi vî rengî magnetîzasyona elektrodê kêm bike.

Figure 3 Çavdêriyên di cih de yên derbasbûna qonaxê û berteka magnetîkî. (b) Pîvandina hêza magnetîkî ya Fe3O4In situ ya çerxên elektrokîmyayî yên / Li şaneyên li qadek magnetîkî ya 3 T.

3. Fe0/Li2 Kapasîteya Rûyê ya pergala O

Fe3O4Guhertinên magnetîkî yên elektrodê di voltaja nizm de çêdibin, ku tê de bi îhtîmalek mezin kapasîteya elektrokîmyayî ya zêde çêdibe, ku hebûna barkêşên nedîtî yên di nav şaneyê de pêşniyar dike. Ji bo vekolîna mekanîzmaya hilanîna lîtiumê ya potansiyel, Fe bi riya XPS, STEM û spektruma performansa magnetîkî3O4Elektrodên magnetîzasyonê di 0.01V, 0.45V û 1.4V de lûtkeyên lûtkeyê digire da ku çavkaniya guherîna magnetîkî diyar bike. Encam destnîşan dikin ku dema magnetîkî faktorek bingehîn e ku bandorê li guherîna magnetîkî dike, ji ber ku Fe0/Li2M-yên pîvandî yên pergala O ji hêla anîsotropiya magnetîkî û hevberdana navparticle ve nayên bandor kirin.

Ji bo bêtir fêmkirina Fe3O4 Taybetmendiyên kînetîk ên elektrodên di voltaja nizm de, voltametriya çerxîkî bi rêjeyên şopandinê yên cihêreng. Wekî ku di xêza 4a de tê xuyang kirin, kêşeya voltamograma çerxalî ya çargoşeyî di nav rêza voltaja di navbera 0.01V û 1V de xuya dike (Wêne 4a). Wêne 4b nîşan dide ku bersiva kapasîteyê ya Fe3O4A li ser elektrodê çêbû. Bi berteka magnetîkî ya pir paşveger a pêvajoya barkirin û dakêşanê ya domdar (Wêne 4c), magnetîzasyona elektrodê di pêvajoya dakêşanê de ji 1V daket 0.01V, û di dema pêvajoya barkirinê de dîsa zêde bû, û destnîşan dike ku Fe0Of wekî kapasitor reaksiyona rûkalê pir veger e.

Figure 4 Taybetmendiyên elektrokîmyayî û taybetmendiya magnetîkî ya li cîh di 0.011 V de.(A) Kûreya voltametrîkî ya çerxî.(B) nirxa b bi karanîna pêwendiya di navbera lûtkeya niha û rêjeya şopandinê de tê destnîşankirin; (c) guheztina berevajîkirî ya magnetîzasyonê li gorî kêşeya barkirin-dakêşandinê di binê zeviyek magnetîkî ya 5 T de hatî sepandin.

Fe3O4-a ku li jor behs kirî Taybetmendiyên elektrokîmyayî, avahî û magnetîkî yên elektrodê nîşan didin ku kapasîteya pîlê zêde ji hêla Fe0 ve tê destnîşankirin. Kapasîteya spin-polarîzekirî encama berhevkirina barkirina spin-polarîzekirî ya li navberê ye û dikare di dema barkirin û dakêşanê de bersivek magnetîkî nîşan bide. Ji Fe3O4Elektroda bingehîn, di dema pêvajoya dakêşanê ya yekem de, di nanoparçeyên Fe-yê Li2Fine de di substrate O de belav bû. rêjeyên rû-ber-volimê yên mezin û di asta Fermî de ji ber d orbîtalên pir herêmîbûyî de tansiyonek mezin a dewletan pêk tîne. Li gorî modela teorîkî ya hilanîna bara mekan a Maier, nivîskaran pêşniyar dikin ku mîqdarên mezin elektron dikarin di bandên spin-perçekirina nanoparçeyên Fe yên metalîk de werin hilanîn, ku dibe ku di Fe / Li2Creating capacitors surface-polarized spin di nanocomposites O de werin hilanîn. Wêne 5).

graf 5Fe/Li2A Nîşandana şematîkî ya kapasîteya rûberê ya elektronên polarkirî yên spin-ê yên li navrûya O-yê. polarîzasyona mezin a spin ya hesin; (b) damezrandina devera barkêşiya fezayê di modela kondensatorê rûvî ya lîtiumê zêde de.

Kurte û Outlook

TM / Li ji hêla çavdêriya magnetîkî ya pêşkeftî ya li cîhê ve hatî vekolîn kirin2 Pêşveçûna strukturên elektronîkî yên hundurîn ên nanokompozîtê O da ku çavkaniya kapasîteya hilanîna zêde ya vê pîlê lîtium-ion eşkere bike. Encam destnîşan dikin ku, hem di pergala hucreya modela Fe3O4/ Li de, nanoparçeyên Fe yên elektrokîmyayî yên kêmkirî dikarin mîqdarên mezin elektronên polarkirî yên spin hilînin, ji ber kapasîteya hucreyê ya zêde û bi girîngî magnetîzma navrûyê guheztin. Ceribandinên CoO, NiO, û FeF2And Fe2 bêtir piştrast kirin Hebûna kapasîteyên weha di materyalê elektrodê N de hebûna kapasîteya rûbera spin-polarîzekirî ya nanoparçeyên metal ên di bataryayên îyona lîtium de destnîşan dike û bingehek ji bo sepandina vê mekanîzmaya hilanîna barkêşiya cîhê di veguheztina din de datîne. materyalên elektrodê-bingeha pêkhateya metal.

Lînka wêjeyê

Kapasîteya hilanîna zêde ya di bataryayên lîtium-ion-oksîdê metal ên veguhêz de ji hêla magnetometriya li cîh ve hatî eşkere kirin (Materyalên Xwezayê, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Bandora formula sêwirana wafera elektrodê ya lîtium û kêmasiyên wafera elektrodê li ser performansê

1. Gotara bingeha sêwirana fîlimê ya Pole

Elektroda batarya lîtiumê paldanek e ku ji parçikan pêk tê, bi rengek wekhev li şilava metal tê sepandin. Avêtina elektrodê ya bateriya lîtium ion dikare wekî materyalek pêkhatî were hesibandin, ku bi gelemperî ji sê beşan pêk tê:

(1) Parçeyên maddeya çalak;

(2) qonaxa pêkhatî ya kargêra rêvebir û ajanê (qonaxa adhesive ya karbonê);

(3) Pore, bi elektrolîtê dagirtin.

Têkiliya qebareya her qonaxê wiha tê diyar kirin:

Porosity + perçeya qebareya madeya zindî + Parçeya qebareya qonaxa adhesive ya karbonê = 1

Sêwirana sêwirana elektroda battera lîtiumê pir girîng e, û naha zanîna bingehîn a sêwirana elektrodê bateriya lîtiumê bi kurtasî tête destnîşan kirin.

(1) Kapasîteya teorîkî ya materyalê elektrodê Kapasîteya teorîkî ya materyalê elektrodê, ango kapasîteya ku ji hêla hemî îyonên lîtiumê ve di maddeya ku di reaksiyona elektrokîmyayî de têkildar e peyda dike, nirxa wê bi hevkêşana jêrîn tê hesibandin:

Mînakî, girseya molarê LiFePO4 157.756 g/mol e, û kapasîteya wê ya teorîkî ev e:

Ev nirxa hesabkirî tenê kapasîteya gramê ya teorîkî ye. Ji bo ku strukturek vegerî ya materyalê were misoger kirin, rêjeya rakirina îyona lîtiumê ya rastîn ji 1 kêmtir e, û kapasîteya gram a rastîn a materyalê ev e:

Kapasîteya gram a rastîn a materyal = kapasîteya teorîkî ya îyona lîtiumê ya veqetandinê

(2) Kapasîteya sêwirana bataryayê û tîrêjiya zehf yekalî Kapasîteya sêwirana bataryayê dikare bi formula jêrîn were hesibandin: Kapasîteya sêwirana bataryayê = rêjeya rûbera rûkalê rêjeya materyalê çalak kapasîteya gram qada pêlavê ya polê

Di nav wan de, dendika rûberê ya xêzkirinê pîvanek sêwiranê ya sereke ye. Gava ku dendika berhevkirinê nayê guheztin, zêdebûna tîrêjiya rûbera pêvekirinê tê vê wateyê ku qalindahiya pelika polê zêde dibe, dûrahiya veguheztina elektronê zêde dibe, û berxwedana elektronê zêde dibe, lê pileya zêdebûnê sînordar e. Di pelika elektrodê ya qalind de, zêdekirina berbelavbûna koçberiya îyonên lîtiumê di elektrolîtê de sedema bingehîn e ku bandorê li taybetmendiyên rêjeyê dike. Bi berçavgirtina porazîbûn û guheztina porê, dûrahiya koçkirina îyonan di porê de ji qalindahiya pelika polê gelek caran zêdetir e.

(3) Rêjeya rêjeya kapasîteya neyînî-erênî N / P kapasîteya neyînî ji kapasîteya erênî re wiha tê destnîşankirin:

Pêdivî ye ku N / P ji 1.0-ê mezintir be, bi gelemperî 1.04 ~ 1.20, ku bi piranî di sêwirana ewlehiyê de ye, da ku pêşî li barîna îyona lîtiumê ya neyînî bêyî çavkaniyek pejirandinê bigire, sêwirana ku kapasîteya pêvajoyê, wekî veguheztina pêvekirinê, bihesibîne. Lêbelê, gava ku N / P pir mezin be, dê pîlê kapasîteya neveger winda bike, di encamê de kapasîteya batterê kêm û tîrêjiya enerjiya batterê kêm dibe.

Ji bo anode lîtium titanate, sêwirana zêde ya elektrodê erênî tête pejirandin, û kapasîteya batterê ji hêla kapasîteya anode lîtium titanate ve tê destnîşankirin. Sêwirana zêde ya erênî ji bo baştirkirina performansa germahiya bilind a pîlê alîkar e: gaza germahiya bilind bi gelemperî ji elektroda neyînî tê. Di sêwirana zêde ya erênî de, potansiyela neyînî kêm e, û hêsantir e ku meriv fîlima SEI li ser rûyê lîtium titanate were çêkirin.

(4) Tîrêjiya tevhevkirinê û poroziya pêlê Di pêvajoya hilberînê de, dendika berhevkirina pêlavê ya elektroda pîlê bi formula jêrîn tê hesibandin. Bihesibînin ku dema ku pelika polê tê gêr kirin, pelika metalê tê dirêj kirin, tîrêjiya rûbera rûkalê piştî gulikê bi formula jêrîn tê hesibandin.

Wekî ku berê hate behs kirin, xêz ji qonaxa materyalê zindî, qonaxa adhesive ya karbonê û pore pêk tê, û porozîtî dikare bi hevkêşeya jêrîn were hesibandin.

Di nav wan de, tîrêjiya navînî ya xêzkirinê ev e: Elektroda batarya lîtium celebek perçeyên tozê yên xêzkirinê ye, ji ber ku rûbera parça tozê zirav, şeklê nerêkûpêk, dema kombûnê de, perçeyên di navbera zêç û zêran de, û hin perçe bi xwe jî şikestin û poran hene. Ji ber vê yekê, hêjmara tozê tevî qebareya tozê, porên di navbera pariyên toz û parçikan de, ji ber vê yekê, cihêrengiya têkildar a tîrêjiya pêvekirina elektrodê û nûnertiya poroziyê. Tîrêjiya pariyên tozê bi girseya tozê ya yekîneya yekîneyê vedibêje. Li gorî qebareya tozê, ew li sê celeb tê dabeş kirin: tîrêjiya rastîn, tîrêjiya parçikê û tîrêjiya berhevkirinê. Dendikên cihêreng bi vî rengî têne destnîşan kirin:

1. Tîrêjiya rastîn tê wateya tîrêjê ku bi dabeşkirina girseya tozê bi hejmêra (hejmara rastîn) ve tê peyda kirin, bêyî ku valahiya hundur û derveyî ya parçikan ji holê rabike. Ango, tîrbûna maddeyê bi xwe piştî derxistina qebareya hemû valahiyan peyda dibe.
2. Tîrêjiya parçikan tê wateya tîrêjiya pariyên ku bi dabeşkirina girseya tozê ya ku bi qebareya parçikê ve tê de qula vekirî û qulika girtî tê de tê dabeş kirin vedibêje. Yanî valahiya di navbera pirtikan de, lê ne porên hûr ên di hundirê pirtikan de, tîrbûna pirtikan bi xwe ye.
3. Tîrêjiya berhevkirinê, ango tîrêjiya xêzkirinê, tê wateya tîrêjiya ku ji hêla girseya tozê ve bi qebareya pêlava ku ji tozê hatî çêkirin ve tê dabeş kirin. Hêjmara ku tê bikar anîn, porên pirçan bi xwe û valahiyên di navbera pirtikan de vedihewîne.

Ji bo heman tozê, dendika rastîn> tîrêjiya perçeyê> tîrêjiya pakkirinê. Poroziya tozê rêjeya porên di xêzkirina pariyên tozê de ye, ango rêjeya qebareya valahiyê ya di navbera pariyên tozê û porên perçeyan de bi qebareya giştî ya xêzkirinê re, ku bi gelemperî tête diyar kirin. wek sedî. Poroziya tozê taybetmendiyek berfireh e ku bi morfolojiya perçeyê, rewşa rûkalê, mezinahiya perçeyê û belavkirina mezinahiya perçeyê ve girêdayî ye. Poroziya wê rasterast bandorê li veguheztina elektrolît û lîtium ion dike. Bi gelemperî, porozîte çi qas mezin be, ketina elektrolîtê hêsantir e, û zûtir veguheztina îyona lîtiumê jî zûtir e. Ji ber vê yekê, di sêwirana battera lîtiumê de, carinan ji bo destnîşankirina porozîteyê, bi gelemperî rêbaza zexta merkurê, rêbaza adsorbasyona gazê, hwd tê bikar anîn. Di heman demê de meriv dikare bi karanîna hesabkirina tîrêjê jî were bidestxistin. Dema ku ji bo hesabên dendikên cihêreng bikar tînin, porozîtî jî dikare bandorên cûda hebe. Dema ku tîrêjiya poroziya maddeya zindî, kargêrê rêveker û girêk bi tîrêjiya rastîn tê hesibandin, poroziya hesapkirî valahiya di navbera pirtikan û valahiya di hundurê perçikan de vedihewîne. Dema ku porozîta maddeya zindî, karmendê rêkûpêk û binder ji hêla tîrêjiya pirtikê ve tê hesibandin, poroziya hesapkirî valahiya di navbera pirtikan de vedihewîne, lê ne valahiya di hundurê pirtikan de. Ji ber vê yekê, mezinahiya porê ya pelika elektrodê ya battera lîtiumê jî pir-pîvan e, bi gelemperî valahiya di navbera perçeyan de di pîvana pîvana mîkronê de ye, dema ku valahiya hundurê parçikan di nanometer heya pîvana jêrîn-submicron de ye. Di elektrodên poroz de, pêwendiya taybetmendiyên veguheztinê yên wekî belavbûna bandorker û veguheztinê dikare bi hevkêşeya jêrîn were diyar kirin:

Li cihê ku D0 rêjeya belavbûna (rêvebirina) xwerû ya materyalê bi xwe temsîl dike, ε fraqeya qebareya qonaxa têkildar e, û τ kêşana çerxa qonaxa têkildar e. Di modela homojen a makroskopî de, pêwendiya Bruggeman bi gelemperî tê bikar anîn, ku hevbera ɑ = 1.5 digire da ku erênîbûna bandorker a elektrodên poroz texmîn bike.

Elektrolît di porên elektrodên poroz de tê dagirtin, ku tê de îyonên lîtiumê bi elektrolîtê ve têne rêve kirin, û taybetmendiyên rêvegirtina îyonên lîtiumê ji nêz ve bi porozîteyê ve girêdayî ne. Her ku porozîte mezintir be, perçeya qebareya qonaxa elektrolîtê ew qas bilindtir e, û guheztina bi bandor a îyonên lîtium jî ew qas mezintir e. Di pelika elektrodê ya erênî de, elektron bi qonaxa zeliqandina karbonê ve têne veguheztin, perçeya qebareya qonaxa adhesive ya karbonê û dûrketina qonaxa adhesive ya karbonê rasterast rêgirtina bi bandor a elektronan diyar dike.

Porozbûn û perçeya qebareya qonaxa zeliqandina karbonê nakok in, û poroziya mezin bi neçarî dibe sedema perçeya qebareya qonaxa zeliqandina karbonê, ji ber vê yekê, taybetmendiyên rêgirtina bi bandor ên îyonên lîtium û elektronan jî nakok in, wekî ku di Figure 2 de tê xuyang kirin. Her ku porozîtî kêm dibe, gihandina bi bandor a îyona lîtiumê kêm dibe dema ku gihandina bi bandor a elektronê zêde dibe. Di sêwirana elektrodê de çawa hevsengkirina her duyan jî krîtîk e.

Figure 2 Diagrama şematîkî ya porosity û îyona lîtium û veguheztina elektronê

2. Cure û tespîtkirina kêmasiyên pole

 

Heya nuha, di pêvajoya amadekirina stûna batterê de, her ku diçe bêtir teknolojiyên tespîtkirina serhêl têne pejirandin, da ku bi bandor kêmasiyên hilberîna hilberan nas bikin, hilberên xelet ji holê rakin, û bertekên biwext li xeta hilberînê, verastkirinên otomatîkî an bi destan ên hilberînê. pêvajoyê, ji bo kêmkirina rêjeya xeletiyê.

Teknolojiyên tespîtkirina serhêl ku bi gelemperî di hilberîna pelika polê de têne bikar anîn di nav xwe de tespîtkirina taybetmendiya lûlê, tespîtkirina kalîteya pelika polê, tespîtkirina pîvanê û hwd, Mînakî: (1) metreya vîskozîteya serhêl rasterast di depoya hilanînê de tê saz kirin da ku rîtografî tespît bike. taybetiyên slurry di dema rast de, Test aramiya slurry; (2) Bikaranîna X-tîrêjê an β-tîrêjê di pêvajoya pêvekirinê de, rastbûna pîvana wê ya bilind, Lê tîrêjên mezin, bihayê bilind a amûran û pirsgirêka lênihêrînê; (3) Teknolojiya pîvandina stûrbûna serhêl a lazer ji bo pîvandina qalindahiya pelika polê tê sepandin, Rastiya pîvandinê dikare bigihîje ± 1. 0 μ m, Ew her weha dikare meyla guhartina qelewbûn û qalindahiya pîvandî di demek rast de destnîşan bike, şopandina daneyê hêsan bike û analîz; (4) Teknolojiya vîzyonê ya CCD, Ango, rêzika rêzê CCD ji bo şopandina tişta pîvandî tê bikar anîn, Pêvajoya rastîn a wêneyê û analîzkirina kategoriyên kêmasiyan, Rastkirina serhêl a ne-hilweşînker a kêmasiyên rûbera pelê polê tê bikar anîn.

Wekî amûrek ji bo kontrolkirina kalîteyê, teknolojiya ceribandina serhêl di heman demê de ji bo têgihîştina pêwendiya di navbera kêmasiyan û performansa batterê de jî pêdivî ye, da ku ji bo hilberên nîv-qediyayî pîvanên jêhatî / neqedexe were destnîşankirin.

Di beşa paşîn de, rêbaza nû ya teknolojiya tespîtkirina kêmasiya rûkalê ya pîlê lîtium-ion, teknolojiya wênekêşana termal a infrared û têkiliya di navbera van kêmasiyên cihêreng û performansa elektrokîmyayî de bi kurtî têne destnîşan kirin. Bişêwire D. Mohanty Lêkolînek berfireh ji hêla Mohanty et al.

(1) Kêmasiyên hevpar ên li ser rûyê pelê polê

Xiflteya 3 kêmasiyên hevpar ên li ser rûbera elektroda pîlê îyona lîtiumê nîşan dide, bi wêneya optîkî li milê çepê û wêneyê ku ji hêla wênegirê termal ve li milê rastê hatî girtin.

Figure 3 Kêmasiyên hevpar ên li ser rûbera pelika polê: (a, b) zerfeke biliv / tevhev; (c, d) maddî / pinhole davêje; (e, f) laşê biyanî yê metal; (g, h) xêzkirina neyeksan

 

(A, b) bilindbûn / kombûnek bilindkirî, kêmasiyên weha dikarin çêbibin heke şel bi rengek hevûdu were rijandin an leza xêzkirinê ne aram be. Kombûna adhesive û karbon-reş ajanên veguhêz dibe sedema kêmbûna naveroka malzemeyên çalak û giraniya sivik a tabletên polar.

 

(c, d) dakêşin / pinhole, ev deverên xeletî nayên pêçandî û bi gelemperî ji hêla kulpên di nav lûkulê de têne hilberandin. Ew mîqdara maddeya çalak kêm dikin û kolektorê li ber elektrolîtê derdixin, bi vî rengî kapasîteya elektrokîmyayî kêm dikin.

 

(E, f) cesedên biyanî yên metal, slurry an laşên biyanî yên metal ên ku di nav alav û hawîrdorê de têne destnîşan kirin, û laşên biyanî yên metal dikarin zirarek mezin bidin bataryayên lîtiumê. Parçeyên metal ên mezin rasterast diafragmayê dişoxilînin, di encamê de di navbera elektrodên erênî û neyînî de dorvegerek kurt çêdibe, ku ev dorvegerek fizîkî ye. Wekî din, dema ku laşê biyanî yê metal di nav elektroda erênî de tê tevlihev kirin, potansiyela erênî piştî barkirinê zêde dibe, metal çareser dibe, di nav elektrolîtê de belav dibe, û dûv re li ser rûyê neyînî dişewite, û di dawiyê de diafragmayê diqulipîne, dorvegerek kurt çêdike. ku çerxeke kurt a jihevketina kîmyewî ye. Di malpera fabrîkaya batterê de laşên biyanî yên metal ên herî gelemperî Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, hwd.

 

(g, h) cilê nehevseng, wek tevlihevkirina slury ne bes e, dema ku pirtik mezin be, hûrgelê hêsan e ku xêzik xuya bike, di encamê de cilê nehevseng, ku dê bandorê li serhevhatina kapasîteya pîlê bike, û tewra jî bi tevahî xuya dike. şûşeyek pêvekirinê tune, bandorek li ser kapasîteyê û ewlehiyê dike.

(2) Teknolojiya tespîtkirina kêmasiya rûbera çîpê pole Teknolojiya wênekêşana germî ya Infrared (IR) ji bo tespîtkirina kêmasiyên piçûk ên li ser elektrodên hişk ên ku dikarin zirarê bidin performansa bataryayên lîtium-ion tê bikar anîn. Di dema tespîtkirina serhêl de, heke kêmasiya elektrodê an gemarî were tespît kirin, wê li ser pelika polê nîşan bikin, wê di pêvajoya paşîn de jêbirin, û ji xeta hilberînê re vegere, û pêvajoyê di wextê de rast bikin da ku kêmasiyan ji holê rakin. Tîrêjên infrasor cureyek pêlên elektromagnetîk e ku xwediyê heman cewherê pêlên radyoyê û ronahiya dîtbar e. Amûrek elektronîkî ya taybetî tê bikar anîn da ku belavkirina germahiya rûberê tiştekê veguherîne wêneyek xuya ya çavê mirov, û ji bo nîşandana belavkirina germahiya rûhê tiştekê bi rengên cihê jê re teknolojiya wênekirina termal a infrasor tê gotin. Ji vê amûra elektronîkî re wênegira germî ya infrared tê gotin. Hemî tiştên li jor sifira mutleq (-273 ℃) tîrêjên înfrasor derdixin.
Wekî ku di Figure 4 de tê xuyang kirin, nêzîkatiya germî ya infrasor (Kamera IR) dedektora infrasor û armanca wênekêşana optîkî bikar tîne da ku şêwaza belavkirina enerjiya tîrêjê ya infrasor a tiştê hedefa pîvandî qebûl bike û wê li ser hêmana hestiyar a wênegir a detektora infrasor nîşan bide da ku Wêneya germî ya infrasor, ku bi qada belavkirina germê ya li ser rûyê heyberê ve têkildar e. Dema ku li ser rûberê tiştekî kêmasî hebe, germahî li herêmê diguhere. Ji ber vê yekê, ev teknolojî dikare ji bo tesbîtkirina kêmasiyên li ser rûyê heyberê jî were bikar anîn, nemaze ji bo hin kêmasiyên ku bi navgînên vedîtina optîkî nayên cûda kirin. Dema ku elektroda zuwakirina bataryaya lîtium ion serhêl tê tesbît kirin, elektroda elektrodê pêşî ji hêla tîrêjê ve tê tîrêjkirin, germahiya rûhê diguhezîne, û dûv re germahiya rûkê bi wênekêşek termal tê tespît kirin. Wêneya belavkirina germê tê xuyang kirin, û wêne di wextê rast de tête hilberandin û analîz kirin da ku kêmasiyên rûkalê kifş bike û wan di wextê de nîşan bide.D. Mohanty Di lêkolînê de wênegirek termal li dergehê sobeya zuhakirina pêlavê saz kir da ku wêneya belavkirina germahiyê ya rûyê pelê elektrodê bibîne.

Wêneyê 5 (a) nexşeyek belavkirina germahiyê ya rûbera pêlava pola erênî ya NMC ye ku ji hêla wênekêşê termal ve hatî vedîtin, ku tê de kêmasiyek pir piçûk heye ku bi çavê rût nayê cûda kirin. Kevirê belavkirina germahiyê ya ku bi beşa rêçê re têkildar e, di navmala hundurîn de, bi germahiyek li xala xeletiyê ve tê xuyang kirin. Di xêza 5 (b) de, germahî li nav qutîka têkildar de, bi kêmasiya rûbera pelika polê re têkildar zêde dibe. KEMAN. 6 diagramek belavkirina germahiya rûkalê ya pelê elektrodê neyînî ye ku hebûna kêmasiyan nîşan dide, ku lûtkeya zêdebûna germahiyê bi bilbilê an berhevokê re têkildar e, û qada germahiyê kêm dibe bi pinhole an dilopê re têkildar e.

Figure 5 Dabeşkirina germahiya rûbera pelê elektrodê erênî

Figure 6 Dabeşkirina germahiya rûyê elektrodê neyînî

 

Tê dîtin ku tespîtkirina wênekêşiya termal a belavkirina germahiyê amûrek baş e ji bo tespîtkirina kêmasiya rûbera pelika polê, ku dikare ji bo kontrolkirina kalîteyê ya hilberîna pelika polê were bikar anîn.3. Bandora kêmasiyên rûbera pelika polê li ser performansa pîlê

 

(1) Bandora li ser kapasîteya pirjimara batterê û karbidestiya Coulomb

Xiflteya 7 kêşeya bandorê ya tevhev û pinholê li ser kapasîteya pirjimarkerê pîlê û karbidestiya kulenê nîşan dide. Tevhev dikare bi rastî kapasîteya pîlê baştir bike, lê kargêriya kulenê kêm bike. Pînhole kapasîteya batterê û karbidestiya Kulun kêm dike, û karbidestiya Kulun bi rêjeya bilind pir kêm dibe.

Figure 7 Kombûna katodê û bandora pinholê ya li ser kapasîteya batterê û karbidestiya jimar 8 cil û bergên nehevseng e, û laşê biyanî yê metalî Co û Al li ser kapasîteya batterê û bandora kêşeya kargêriyê, pêlava neyeksan kapasîteya girseyî ya yekîneya pîlê 10% kêm dike - 20%, lê tevahiya kapasîteya pîlê bi% 60 kêm bû, ev nîşan dide ku girseya zindî ya di perçeya polar de pir kêm bûye. Metal Co laşê biyanî kapasîteya kêm kir û karbidestiya Coulomb kêm kir, tewra di mezinahiya bilind a 2C û 5C de, qet kapasîteya wê tune ye, ku dibe ku ji ber çêbûna metal Co di reaksiyona elektrokîmyayî ya lîtium û lîtiumê de, an jî dibe ku ew perçeyên metal bin. pora diafragmê bloke kir ku bû sedema kurtebirra mîkro.

Figure 8 Bandorên pêlava nehevseng a elektrodê û laşên biyanî yên metal Co û Al li ser kapasîteya pirjimarkerê pîlê û karbidestiya kulenê

Kurteya kêmasiyên pelê katodê: Xwarinên di pêlava pelika katodê de karbidestiya Coulomb a pîlê kêm dike. Pînholê ya pêlêdana erênî karbidestiya Coulomb kêm dike, û di encamê de performansa pirjimarker kêm dibe, nemaze di dendika bilind de. Kişandina heterojen performansa mezinkirina xirab nîşan da. Germahiya pariyên metalê dibe ku bibe sedema pêlên mîkro-kurt, û ji ber vê yekê dibe ku kapasîteya pîlê pir kêm bike.
Xiflteya 9 bandora xêza felqê ya rijandina neyînî li ser kapasîteya pirjimar û kargêriya Kulun a pîlê nîşan dide. Dema ku rijandin li elektrodê neyînî çêdibe, kapasîteya pîlê bi girîngî kêm dibe, lê kapasîteya gram ne diyar e, û bandora li ser karbidestiya Kulun ne girîng e.

 

Xiflteya 9 Bandora şirîta foilê ya rijandina elektrodê neyînî li ser kapasîteya pirjimarkerê pîlê û karbidestiya Kulun (2) Bandora li ser performansa çerxa pirjimarkera bataryayê Figure 10 encama bandora kêmasiya rûbera elektrodê ya li ser çerxa pirjimarkerê pîlê ye. Encamên bandorê bi vî rengî têne kurt kirin:
Egregasyon: di 2C de, rêjeya lênihêrîna kapasîteya 200 dewreyan %70 e û pîlê xerabûyî %12 e, di heman demê de di çerxa 5C de, rêjeya lênihêrîna kapasîteya 200 dewreyan % 50 e û bataryaya xelet %14 e.
Needlehole: kêmbûna kapasîteyê diyar e, lê ti kêmbûna kêmasiya tevhev zû zû ye, û rêjeya lênihêrîna kapasîteyê ya 200 dewreyên 2C û 5C bi rêzê 47% û 40% e.
Laşê biyanî yê metal: kapasîteya laşê biyanî yê metal Co piştî çend dewreyan hema hema 0 e, û kapasîteya çerxa 5C ya laşê biyanî yê metal Al foil bi girîngî kêm dibe.
Kevirê rijandinê: Ji bo heman devera rijandinê, kapasîteya bataryayê ya pir rêzikên piçûktir ji xêzek mezintir zûtir kêm dibe (47% ji bo 200 dewran di 5C de) (7% ji bo 200 dewran di 5C de). Ev nîşan dide ku her ku jimara xêzikan mezintir be, bandorek li ser çerxa pîlê jî mezintir dibe.

Figure 10 Bandora kêmasiyên rûbera pelê elektrodê li ser çerxa rêjeya şaneyê

 

Ref.: [1] Nirxandina ne-hilweşînker a elektrodên lîtiumê yên duwem ên hêlîn-die-pêvekirî bi rêgezên kalipera lazerê û termografî ya IR-ya xêzkirî [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6 (3): 674-683.[2] Bandor. kêmasiyên hilberîna elektrodê li ser performansa elektrokîmyayî ya bataryayên lîtium-ion: Naskirina çavkaniyên têkçûna pîlê [J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.