Эдүүлбэр / Блог / Аж үйлдвэрийн / Өвөл ирж байна, лити-ион батерейны бага температурын шинжилгээний үзэгдлийг хараарай.

Өвөл ирж байна, лити-ион батерейны бага температурын шинжилгээний үзэгдлийг хараарай.

18-р сар, 2021

By хоппт

Лити-ион батерейны гүйцэтгэлд тэдний кинетик шинж чанар ихээхэн нөлөөлдөг. Ли+-г бал чулуун материалд оруулахдаа эхлээд уусгах шаардлагатай байдаг тул тодорхой хэмжээний энерги зарцуулж, Li+-ийн бал чулуунд тархалтыг саатуулдаг. Харин ч эсрэгээр, графит материалаас уусмалд Li+ ялгарах үед эхлээд уусгах процесс явагдах ба уусгах процесс нь эрчим хүчний зарцуулалт шаарддаггүй. Li+ нь бал чулууг хурдан арилгах чадвартай бөгөөд энэ нь графит материалын цэнэгийг хүлээн авах чадвар муудахад хүргэдэг. Цутгах чадварт .

Бага температурт сөрөг графит электродын кинетик шинж чанар сайжирч, улам дорддог. Тиймээс цэнэглэх явцад сөрөг электродын цахилгаан химийн туйлшрал ихээхэн эрчимждэг бөгөөд энэ нь сөрөг электродын гадаргуу дээр металл литийн хур тунадас үүсгэдэг. ХБНГУ-ын Мюнхений Техникийн Их Сургуулийн Кристиан фон Людерсийн хийсэн судалгаагаар -2°С-т цэнэгийн хэмжээ С/2-оос давж, металлын литийн хур тунадасны хэмжээ мэдэгдэхүйц нэмэгддэг болохыг тогтоожээ. Жишээлбэл, C/2 хурдаар эсрэг талын электродын гадаргуу дээр литийн бүрэх хэмжээ нь бүхэл цэнэгтэй ойролцоо байна. Хүчин чадлын 5.5%, гэхдээ 9С-ийн өсгөлтөөр 1% хүрнэ. Тунадасжсан металл литий нь цаашид хөгжиж, литийн дендрит болж, диафрагмыг нэвт нэвтлэн эерэг ба сөрөг электродуудын богино холболтыг үүсгэдэг. Тиймээс аль болох бага температурт лити-ион батерейг цэнэглэхээс зайлсхийх хэрэгтэй. Батерейг бага температурт цэнэглэх шаардлагатай үед лити-ион батарейг аль болох их цэнэглэхийн тулд бага гүйдлийг сонгох нь чухал бөгөөд литийн ион батерейг цэнэглэсний дараа бүрэн хадгалах нь сөрөг электродоос металл литийн тунадас үүсэхийг баталгаажуулах явдал юм. бал чулуутай урвалд орж сөрөг графит электрод руу дахин суулгаж болно.

Мюнхений Техникийн Их Сургуулийн Вероника Зинт болон бусад хүмүүс -20 хэмийн бага температурт лити-ион батерейны литийн хувьслын шинж чанарыг судлахын тулд нейтроны дифракц болон бусад аргыг ашигласан. Нейтроны дифракц нь сүүлийн жилүүдэд илрүүлэх шинэ арга юм. XRD-тэй харьцуулахад нейтроны дифракц нь гэрлийн элементүүдэд (Li, O, N гэх мэт) илүү мэдрэмтгий байдаг тул лити-ион батерейг үл эвдэх туршилт хийхэд маш тохиромжтой.

Туршилтдаа ВероникаЗинт NMC111/графит 18650 батерейг ашиглан бага температурт литийн ион батерейны литийн хувьслын шинж чанарыг судалжээ. Туршилтын явцад доорх зурагт үзүүлсэн процессын дагуу зайг цэнэглэж, цэнэггүй болгоно.

Дараах зурагт C/30 хурдтай цэнэглэх үед хоёр дахь цэнэглэх мөчлөгийн үед өөр өөр SoC-ийн сөрөг электродын фазын өөрчлөлтийг харуулав. 30.9% SoC үед сөрөг электродын үе шатууд нь голчлон LiC12, Li1-XC18, бага хэмжээний LiC6 найрлагатай юм шиг санагдаж болно; SoC 46%-иас хэтэрсэний дараа LiC12-ийн дифракцийн эрч хүч буурч, LiC6-ийн хүч нэмэгдсээр байна. Гэсэн хэдий ч эцсийн цэнэг дууссаны дараа ч бага температурт ердөө 1503 мАч цэнэглэгддэг (өрөөний температурт хүчин чадал нь 1950 мАч) сөрөг электрод дотор LiC12 байдаг. Цэнэглэх гүйдэл C/100 болж буурсан гэж бодъё. Энэ тохиолдолд батерей нь бага температурт 1950 мАч хүчин чадалтай хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь бага температурт лити-ион батерейны хүчин чадал буурч байгаа нь кинетик нөхцөл муудсантай холбоотой болохыг харуулж байна.

Доорх зураг нь бага температурт -5 ° C-д C/20 хурдны дагуу цэнэглэх үед сөрөг электрод дахь бал чулууны фазын өөрчлөлтийг харуулж байна. Энэ нь бал чулууны фазын өөрчлөлт нь C/30 хурдтай цэнэглэлттэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц ялгаатай болохыг харж болно. Зураг дээрээс харахад SoC>40% байх үед LiC12 батерейны фазын хүч C/5 цэнэглэх үед мэдэгдэхүйц удааширч, LiC6 фазын хүч чадлыг нэмэгдүүлэх нь C/30-аас хамаагүй сул байгааг харж болно. хураамжийн хувь. Энэ нь харьцангуй өндөр C/5 үед бага LiC12 нь литийг хооронд нь холбож, LiC6 болж хувирдаг болохыг харуулж байна.

Доорх зураг нь C/30 ба C/5 хурдаар цэнэглэх үед сөрөг бал чулуу электродын фазын өөрчлөлтийг харьцуулж үзүүлэв. Зураг нь хоёр өөр цэнэглэх хурдны хувьд литийн дутагдалтай фазын Li1-XC18 нь маш төстэй болохыг харуулж байна. Энэ ялгаа нь голчлон LiC12 ба LiC6 хоёр үе шатанд тусгагдсан байдаг. Хоёр цэнэгийн хурдаар цэнэглэх эхний үе шатанд сөрөг электродын фазын өөрчлөлтийн хандлага харьцангуй ойрхон байгааг зурагнаас харж болно. LiC12 фазын хувьд цэнэглэх хүчин чадал 950mAh (49% SoC) хүрэх үед өөрчлөгдөх хандлага өөр харагдаж эхэлдэг. Энэ нь 1100mAh (56.4% SoC) ирэхэд хоёр томруулсан LiC12 үе шат нь мэдэгдэхүйц ялгааг харуулж эхэлдэг. C/30-ийн бага хурдаар цэнэглэх үед LiC12 үе шат буурах нь маш хурдан боловч C/12 хурдаар LiC5 фазын уналт хамаагүй удаан байдаг; өөрөөр хэлбэл сөрөг электрод дахь литийг оруулах кинетик нөхцөл нь бага температурт мууддаг. , Ингэснээр LiC12 цаашид литийг хооронд нь холбож LiC6 үүсгэх фазын хурд буурсан. Үүний дагуу LiC6 үе шат нь C/30 бага хурдтайгаар маш хурдан өсдөг боловч C/5 хурдаар хамаагүй удаан байдаг. Энэ нь C/5 хурдаар графитын болор бүтцэд илүү жижиг Li-г шингээж байгааг харуулж байгаа боловч хамгийн сонирхолтой нь батерейны цэнэгийн багтаамж (1520.5mAh) C/5 цэнэгийн хурдаар C-ээс өндөр байдаг. /30 төлбөртэй. Эрчим хүч (1503.5 мАч) илүү өндөр байна. Сөрөг графитын электродод суулгаагүй нэмэлт Li нь бал чулууны гадаргуу дээр металл литийн хэлбэрээр тунадасжих магадлалтай. Цэнэглэж дууссаны дараа зогсох үйл явц нь үүнийг хажуу талаас нь нотолж байна - бага зэрэг.

Дараах зурагт сөрөг графит электродыг цэнэглэж, 20 цагийн турш байлгасны дараа фазын бүтцийг харуулав. Цэнэглэхийн төгсгөлд сөрөг графит электродын үе шат нь цэнэглэх хоёр хурдны дагуу маш өөр байна. С/5-д бал чулууны анод дахь LiC12-ийн харьцаа өндөр, LiC6-ийн хувь бага байх боловч 20 цаг зогссоны дараа хоёрын ялгаа хамгийн бага болсон.

Доорх зурагт 20 цагийн хадгалалтын явцад сөрөг бал чулуу электродын фазын өөрчлөлтийг харуулав. Энэ нь зурагнаас харж болно, хэдийгээр хоёр эсрэг электродын үе шат нь эхэндээ маш өөр хэвээр байгаа боловч хадгалах хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр хоёр төрлийн цэнэглэлт Томруулж буй бал чулуун анодын үе шат маш ойрхон өөрчлөгдсөн байна. Тавиурын явцад LiC12-г үргэлжлүүлэн LiC6 болгон хувиргах боломжтой бөгөөд энэ нь тавиурын явцад Ли нь бал чулуунд шингэсэн хэвээр байх болно гэдгийг харуулж байна. Li-ийн энэ хэсэг нь бага температурт сөрөг графит электродын гадаргуу дээр тунадасжсан литийн металл байх магадлалтай. Цаашдын шинжилгээгээр C/30 хурдаар цэнэглэж дуусахад сөрөг графит электродын литийн харилцан үйлчлэлийн зэрэг 68% байгааг харуулсан. Гэсэн хэдий ч литийн интеркалацийн зэрэг нь тавиурын дараа 71% болж, 3% -иар өссөн байна. С/5 хурдаар цэнэглэж дуусахад сөрөг графит электродын лити оруулах зэрэг нь 58% байсан бол 20 цаг байлгасны дараа 70% болж, нийт 12%-иар нэмэгдсэн байна.

Дээрх судалгаанаас харахад бага температурт цэнэглэх үед кинетик нөхцөл муудсаны улмаас батерейны хүчин чадал буурдаг. Энэ нь мөн графит лити оруулах хурд багассанаас сөрөг электродын гадаргуу дээр литийн металлыг тунадас болгоно. Гэсэн хэдий ч, хадгалалтын хугацааны дараа, Энэ металл литийн хэсгийг дахин бал чулуу шигтгэж болно; Бодит хэрэглээнд хадгалах хугацаа ихэвчлэн богино байдаг бөгөөд бүх металл литийг бал чулуунд дахин шингээж болно гэсэн баталгаа байхгүй тул сөрөг электрод дахь зарим металл литийг үргэлжлүүлэн хадгалахад хүргэж болзошгүй юм. Лити-ион батерейны гадаргуу нь лити-ион батерейны хүчин чадалд нөлөөлж, лити-ион батерейны аюулгүй байдалд заналхийлсэн литийн дендрит үүсгэж болзошгүй. Тиймээс лити-ион батерейг бага температурт цэнэглэхгүй байхыг хичээгээрэй. Бага гүйдэл, тохируулсны дараа сөрөг графит электрод дахь металл литийг арилгахад хангалттай тавиур хийх хугацааг баталгаажуулна.

Энэ нийтлэлд голчлон дараахь баримт бичгүүдэд хамаарна. Тайланг зөвхөн холбогдох шинжлэх ухааны бүтээлүүд, танхимын сургалт, шинжлэх ухааны судалгааг танилцуулах, хянахад ашигладаг. Арилжааны зориулалтаар ашиглахгүй. Хэрэв танд зохиогчийн эрхийн асуудал байгаа бол бидэнтэй холбоо барина уу.

1. Лити-ион конденсатор дахь графит материалыг сөрөг электрод болгон ашиглах чадвар, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. Лити-ион батерейны литийн бүрэх нь хүчдэлийн сулрал ба in situ нейтроны дифракцаар судлагдсан, Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Кристиан фон Людерс, Вероника Зинт, Саймон В.Эрхард, Патрик Ж.Осс, Патрик Ж.Осс , Ральф Гиллес, Андреас Жоссен

3. Лити-ион батерейнд орчны температурт литийн бүрэх нь in situ нейтроны дифракцаар судлагдсан, Эрчим хүчний эх сурвалжийн сэтгүүл 271 (2014) 152-159, Вероника Зинт, Кристиан фон Людерс, Майкл Хофманн, Иоханнесберг Симондор, Иоханнесберг Эрхард, Жоана Ребело-Корнмайер, Андреас Жоссен, Ральф Гиллес

ойрхон_цагаан
нууц

Энд лавлагаа бичнэ үү

6 цагийн дотор хариулах, ямар ч асуултыг тавтай морилно уу!

    [анги ^ = "wpforms-"]
    [анги ^ = "wpforms-"]