Zivistan tê, li fenomena analîza germahiya nizm a bataryayên lîtium-ion binêre

Performansa bataryayên lîtium-ion ji hêla taybetmendiyên wan ên kînetîk ve pir bandor dibe. Ji ber ku dema ku Li+ di nav madeya grafîtê de tê bicîkirin, pêdivî ye ku pêşî were hilweşandin, pêdivî ye ku ew hêjmarek enerjiyê vexwe û belavkirina Li+ di nav grafît de asteng bike. Berevajî vê, dema ku Li + ji materyalê grafîtê di nav çareseriyê de tê berdan, dê pêşî pêvajoya çareseriyê çêbibe, û pêvajoya çareserkirinê hewcedariya enerjiyê nade. Li+ dikare bi lez grafîtê rabike, ku ev yek dibe sedema pejirandina giraniya giran a materyalê grafîtê. Di pejirandina dakêşanê de.

Di germên nizm de, taybetmendiyên kînetîk ên elektrodê grafîtê neyînî çêtir bûne û xirabtir bûne. Ji ber vê yekê, polarîzasyona elektrokîmyayî ya elektroda neyînî di pêvajoya barkirinê de bi girîngî zêde dibe, ku bi hêsanî dikare bibe sedema barîna lîtiumê metallîk li ser rûyê elektroda neyînî. Lêkolîna Christian von Lüders ji Zanîngeha Teknîkî ya Munich, Almanya, destnîşan kir ku di -2 ° C de, rêjeya barkirinê ji C/2 derbas dibe, û rêjeya barîna metal lîtium bi girîngî zêde dibe. Mînakî, di rêjeya C/2 de, mîqdara lêdana lîtiumê ya li ser rûyê elektrodê dijber bi tevahî barkirinê ye. 5.5% ji kapasîteyê lê dê di binê mezinbûna 9C de bigihîje% 1. Dibe ku lîtîyûma metalîkî ya dagirtî zêdetir pêş bikeve û di dawiyê de bibe dendritên lîtiumê, di nav diafragmê de qul bike û bibe sedema kurtecivîna elektrodên erênî û neyînî. Ji ber vê yekê, pêdivî ye ku heya ku gengaz be ji şarjkirina battera lîtium-ionê di germahiyên nizm de dûr bisekinin. Dema ku pêdivî ye ku ew pîlê di germahiyek nizm de dakêşin, pêdivî ye ku meriv herikînek piçûk hilbijêrin da ku pîlê lîtium-ion bi qasî ku gengaz bar bike û pîlê lîtium-ion bi tevahî hilîne piştî barkirinê da ku pê ewle bibe ku lîtium-îyona metalîk ji elektrodê negatîf dibare. dikare bi grafît re reaksiyonê bike û ji nû ve di elektroda grafîtê ya neyînî de bihêle.

Veronika Zinth û yên din ên Zanîngeha Teknîkî ya Munîhê, perçekirina neutron û rêbazên din bikar anîn da ku li ser reftara pêşkeftina lîtiumê ya bataryayên lîtium-ion di germahiyek nizm ya -20 °C de lêkolîn bikin. Di van salên dawî de veqetandina notronê rêbazek nû ya tespîtkirinê ye. Li gorî XRD, dabeşkirina neutron ji hêmanên sivik (Li, O, N, hwd.) hesastir e, ji ber vê yekê ew ji bo ceribandina ne-hilweşînker a bataryayên lîtium-ion pir maqûl e.

Di azmûnê de, VeronikaZinth pîlê NMC111/grafît 18650 bikar anî da ku tevgera pêşkeftina lîtiumê ya bataryayên lîtium-ion di germahiyên nizm de lêkolîn bike. Pîl di dema ceribandinê de li gorî pêvajoya ku di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin tê barkirin û dakêşandin.

Nîgara jêrîn guheztina qonaxê ya elektroda neyînî di binê SoC-yên cihêreng de di dema çerxa barkirinê ya duyemîn de di barkirina rêjeya C/30 de nîşan dide. Wusa dixuye ku di 30.9% SoC de, qonaxên elektroda neyînî bi gelemperî LiC12, Li1-XC18, û mîqdarek piçûk a Pêkhatina LiC6 ne; piştî ku SoC ji 46% derbas dibe, şiyana difraksyonê ya LiC12 kêm dibe, dema ku hêza LiC6 her ku diçe zêde dibe. Lêbelê, piştî ku barkirina dawîn qediya jî, ji ber ku tenê 1503mAh di germahiya nizm de tê barkirin (kapasîteya li germahiya odeyê 1950mAh e), LiC12 di elektroda neyînî de heye. Bifikirin ku heyama barkirinê heya C/100 kêm dibe. Di wê rewşê de, pîlê hîn jî dikare di germahiyên nizm de kapasîteya 1950 mAh werbigire, ku ev destnîşan dike ku kêmbûna hêza bataryayên lîtium-ion di germahiyên nizm de bi giranî ji ber xirabûna şert û mercên kînetîk e.

Di jimareya jêrîn de guherîna qonaxa grafîtê di elektroda neyînî de di dema barkirinê de li gorî rêjeya C/5 di germahiya kêm -20 °C de nîşan dide. Ew dikare bibîne ku guheztina qonaxa grafîtê li gorî barkirina rêjeya C/30 pir cûda ye. Ji jimarê tê dîtin ku gava SoC> 40%, hêza qonaxa pîlê LiC12 di bin rêjeya barkirina C/5 de pir hêdî kêm dibe, û zêdebûna hêza qonaxa LiC6 jî ji ya C/30 pir qelstir e. rêjeya barkirinê. Ew destnîşan dike ku bi rêjeyek pir zêde ya C/5, kêmtir LiC12 berdewam dike ku lîtium tevlihev bike û vediguheze LiC6.

Nîgara jêrîn guheztinên qonaxê yên elektroda grafîtê ya neyînî dema ku bi rêzê bi rêjeyên C/30 û C/5 bar dike berhev dike. Hêjmar destnîşan dike ku ji bo du rêjeyên barkirinê yên cihêreng, qonaxa lîtium-xizan Li1-XC18 pir dişibihe. Cûdahî bi gelemperî di du qonaxên LiC12 û LiC6 de têne xuyang kirin. Ji jimarê tê dîtin ku meyla guheztina qonaxê di elektroda neyînî de di qonaxa destpêkê ya barkirinê de di bin du rêjeyên barkirinê de bi rêkûpêk nêzîk e. Ji bo qonaxa LiC12, dema ku kapasîteya barkirinê digihîje 950mAh (49% SoC), meyla guherînê dest pê dike ku cûda xuya bibe. Dema ku ew tê 1100mAh (56.4% SoC), qonaxa LiC12 di bin du mezinbûnê de dest pê dike ku valahiyek girîng nîşan bide. Dema ku bi rêjeyek nizm a C/30 barkirin, daketina qonaxa LiC12 pir zû ye, lê daketina qonaxa LiC12 di rêjeya C/5 de pir hêdîtir e; ango şertên kînetîk ên ketina lîtiumê di elektroda neyînî de di germahiyên nizm de xirab dibin. , Ji ber vê yekê ku LiC12 bêtir lîtiumê navber dike da ku leza qonaxa LiC6 çêbike kêm bû. Bi vî rengî, qonaxa LiC6 bi rêjeyek kêm C/30 pir zû zêde dibe lê bi rêjeya C/5 pir hêdîtir e. Ev nîşan dide ku di rêjeya C/5 de, Li ya piçûktir di avahiya krîstal a grafîtê de cîh digire, lê ya balkêş ev e ku kapasîteya barkirina pîlê (1520.5 mAh) di rêjeya barkirina C/5 de ji ya C-yê bilindtir e. /30 rêjeya barkirinê. Hêza (1503.5mAh) bilindtir e. Li-ya zêde ya ku di elektroda grafîtê ya neyînî de cîh nagire, îhtîmal e ku di forma lîtiumê metalîkî de li ser rûyê grafîtê biherike. Pêvajoya sekinîna piştî bidawîbûna barkirinê jî vê yekê ji alîkî ve îspat dike.

Nîgara jêrîn avahiya qonaxa elektroda grafîtê ya neyînî piştî barkirinê û piştî ku 20 demjimêran maye nîşan dide. Di dawiya barkirinê de, qonaxa elektroda grafîtê ya neyînî di bin du rêjeyên barkirinê de pir cûda ye. Di C/5 de, rêjeya LiC12 di anoda grafît de bilindtir e, û rêjeya LiC6 kêmtir e, lê piştî rawestana 20 demjimêran, ferqa di navbera her duyan de hindik bûye.

Nîgara jêrîn guheztina qonaxê ya elektroda grafîtê ya neyînî di pêvajoya hilanînê ya 20h de nîşan dide. Ji wêneyê tê dîtin ku her çend qonaxên du elektrodên dijber hîna di destpêkê de pir cûda ne, her ku dema hilanînê zêde dibe, du celeb barkirin Qonaxa anoda grafît a di binê mezinbûnê de pir nêzik bûye. LiC12 dikare di dema pêvajoya refikê de veguheztina LiC6-ê bidomîne, ev destnîşan dike ku Li dê di dema pêvajoya rafê de di nav grafît de were vehewandin. Ev beşa Li îhtîmal e ku lîtiumê metalîk e ku di germahiya nizm de rûbera elektroda grafîtê ya neyînî bar kiriye. Zêdetir analîzan destnîşan kir ku di dawiya barkirinê de bi rêjeya C/30, asta têkelbûna lîtiumê ya elektrodê grafîtê neyînî %68 bû. Dîsa jî, pileya têkelbûna lîtiumê piştî hilgirtinê ji% 71 zêde bû, ku zêdebûnek 3%. Di dawiya barkirinê de bi rêjeya C/5, pileya têketina lîtiumê ya elektroda grafîtê ya neyînî %58 bû, lê piştî ku 20 demjimêran hate hiştin, ew gihîşt 70%, ku bi tevahî 12% zêde bû.

Lêkolîna jorîn destnîşan dike ku dema ku di germahiyên nizm de barkirin, dê kapasîteya pîlê ji ber xirabûna şert û mercên kînetîk kêm bibe. Di heman demê de ew ê ji ber kêmbûna rêjeya ketina lîtiumê ya grafît li ser rûyê elektroda neyînî jî metala lîtiumê bişewitîne. Lêbelê, piştî demek hilanînê, ev beşa lîtiumê metalîk dikare dîsa di grafît de were bicîh kirin; di karanîna rastîn de, dema refikê bi gelemperî kurt e, û garantiyek tune ku hemî lîtyoma metalîkî dîsa di nav grafît de were bicîh kirin, ji ber vê yekê dibe ku ew bibe sedem ku hin lîtium metalîkî di elektroda neyînî de hebûna xwe bidomîne. Rûyê pîlê lîtium-ion dê bandorê li ser kapasîteya battera lîtium-ion bike û dibe ku dendikên lîtiumê hilberîne ku ewlehiya batarya lîtium-ion dixe xetereyê. Ji ber vê yekê, hewl bidin ku ji barkirina battera lîtium-ionê di germên nizm de dûr bisekinin. Herikîna kêm, û piştî danînê, wextê têra refikê peyda bikin da ku lîtiumê metal di elektroda grafîtê ya neyînî de ji holê rakin.

Ev gotar bi giranî li belgeyên jêrîn vedibêje. Rapor tenê ji bo nasandin û vekolîna xebatên zanistî yên têkildar, hînkirina polê, û lêkolîna zanistî tê bikar anîn. Ne ji bo karanîna bazirganî. Ger pirsgirêkên we yên mafnasiyê hebin, ji kerema xwe bi me re têkilî daynin.

1. Kapasîteya materyalên grafîtê wekî elektrodên neyînî di kapasîteyên lîtium-ion de binirxînin, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2.Pirkirina lîtyumê di bataryayên lîtium-ionê de ku ji hêla rehetbûna voltajê û veqetandina neutronê ya li cîh ve hatî lêkolîn kirin, Kovara Çavkaniyên Hêzê 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hof , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Pirkirina lîtiumê di bataryayên lîtium-ionê de di germahiyên jêr-dorpêkê de ku ji hêla veqetandina neutronê ve li cîhê ve hatî lêkolîn kirin, Kovara Çavkaniyên Hêzê 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorfger, Sirmgard Buch Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles