Mekanis prensipal la ak countermeasures nan ityòm Ion batri negatif atenuasyon elektwòd

Rechèch pwogrè nan mekanis negatif atenuasyon elektwòd:

Materyèl kabòn, espesyalman materyèl grafit, se materyèl anod ki pi lajman itilize nan pil ityòm-ion. Malgre ke lòt materyèl elektwòd negatif, tankou materyèl alyaj, materyèl kabòn difisil, elatriye, yo te etidye tou anpil, rechèch la konsantre sitou sou kontwòl mòfoloji a ak amelyorasyon pèfòmans nan materyèl aktif, e gen ti analiz sou mekanis kapasite li pouri anba tè. Se poutèt sa, pi fò nan rechèch la sou mekanis nan atenuasyon nan elektwòd negatif la se sou mekanis nan atenuasyon nan materyèl grafit. Atenuasyon kapasite batri a gen ladan atenuasyon pandan depo ak itilizasyon. Atenuasyon pandan depo anjeneral ki gen rapò ak chanjman nan paramèt pèfòmans electrochemical (enpedans, elatriye). Anplis de chanjman nan pèfòmans elèktrochimik, li tou akonpaye pa chanjman nan estrès mekanik tankou estrikti ak evolisyon ityòm. Ak lòt fenomèn.

1.1 Chanjman nan koòdone negatif elektwòd / elektwolit

Pou pil ityòm-ion, chanjman nan koòdone elektwòd / elektwolit la rekonèt kòm youn nan rezon prensipal pou atenuasyon elektwòd negatif la. Pandan premye chaje pil ityòm yo, elektwolit la redwi sou sifas elektwòd negatif la pou fòme yon fim pasivasyon pwoteksyon ki estab (fim SEI pou kout). Pandan depo ki vin apre a ak itilizasyon ityòm-ion pil, koòdone negatif elektwòd / elektwolit la ka chanje, ki mennen nan degradasyon pèfòmans li yo.

1.1.1 epesman nan fim SEI / chanjman nan konpozisyon

Diminisyon gradyèl nan pèfòmans pouvwa batri a pandan itilizasyon sitou ki gen rapò ak ogmantasyon nan enpedans elektwòd. Se ogmantasyon nan enpedans elektwòd sitou ki te koze pa epesman nan fim nan SEI ak chanjman ki fèt nan konpozisyon ak estrikti.

Akòz diferans ak limit nan metòd karakterizasyon ak kondisyon tès yo, rezilta enstitisyon rechèch diferan yo pa menm, kidonk li difisil pou detèmine konpozisyon espesifik fim SEI a. Selon rapò anvan yo, konpozisyon an nan fim SEI sitou gen ladan inòganik (Li2CO3, LiF) ak òganik [(CH2OCO2Li) 2, ROCO2Li, ROLi] de kalite konpoze. Pandan itilizasyon oswa depo, konpozisyon ak epesè nan fim SEI a pa estatik.

Depi manbràn nan SEI pa gen fonksyon an nan yon elektwolit reyèl solid, iyon yo ityòm solvated ka toujou emigre nan manbràn nan SEI nan lòt cations, anyon, enpurte, ak Solvang elektwolit. Se poutèt sa, nan peryòd la pita nan alontèm monte bisiklèt oswa depo, elektwolit la ap toujou dekonpoze ak reyaji sou sifas la nan elektwòd la negatif, sa ki lakòz epesman nan fim nan SEI. An menm tan an, paske elektwòd negatif la te nan yon eta de ekspansyon ak kontraksyon pandan sik la, fim nan sifas SEI yo pral kase, kreye yon nouvo koòdone, ak koòdone nan nouvo yo ap kontinye reyaji ak molekil sòlvan ak iyon ityòm nan fòme yon fim SEI. Avèk pwogrè nan reyaksyon an sifas mansyone anwo a, se yon kouch sifas electrochimik inaktif ki fòme sou sifas la nan elektwòd la negatif, se konsa ke yon pati nan materyèl la elektwòd negatif izole ak dezaktive soti nan elektwòd la tout antye. Kòz yon pèt nan kapasite. Jan yo montre nan Figi 1, apre yon tan ki long monte bisiklèt, fim SEI a sou sifas elektwòd negatif la siyifikativman pi epè.

Figi 1. Scanning mikwograf elektwon nan sifas elektwòd negatif apre alontèm monte bisiklèt

Konpozisyon nan fim SEI se thermodynamically enstab, ak chanjman dinamik nan yap divòse ak redepozisyon ap fèt kontinyèlman nan sistèm nan batri. Fim SEI ap akselere yap divòse ak rejenerasyon nan fim nan sèten kondisyon (tanperati ki wo, HF, enpurte metal nan fim nan, elatriye), sa ki lakòz pèt nan kapasite batri. Espesyalman nan kondisyon tanperati ki wo, eleman òganik yo (ityòm alkil kabonat, elatriye) nan fim SEI yo konvèti nan eleman ki pi estab inòganik (Li2CO3, LiF), sa ki lakòz yon diminisyon nan konduktivite iyonik nan fim SEI la Iyon metal yo elye soti nan elektwòd pozitif la difize nan elektwòd negatif nan elektwolit la, epi yo redwi epi depoze sou sifas elektwòd negatif la. Depo metal elemantè yo katalize dekonpozisyon elektwolit la, ki siyifikativman ogmante rezistans elektwòd negatif la epi finalman mennen nan diminisyon kapasite batri a. Lè yo ajoute aditif wo-tanperati oswa nouvo sèl ityòm pou amelyore estabilite fim SEI a, lavi sèvis materyèl elektwòd negatif la ka pwolonje, epi pèfòmans lan ka amelyore.

Etid yo te jwenn ke diferan kalite materyèl grafit gen diferan pèfòmans depo, ak pèfòmans nan depo nan grafit atifisyèl nan tanperati ki wo se pi bon pase sa yo ki an grafit natirèl. Avèk ogmantasyon nan tan depo. Kontni an ityòm nan grafit atifisyèl se fondamantalman ki estab, men kontni an ityòm nan grafit natirèl montre yon bès lineyè. Atravè optik mikwoskopi elèktron (SEM) ak Fourier transfòme enfrawouj spèktroskopi (FTIR) analiz rezilta tès yo, pandan depo tanperati ki wo, kontni Li2CO3 ak LiOCOOR sou sifas grafit natirèl ogmante siyifikativman ak ekstansyon tan depo. Ogmantasyon epesè fim SEI a sitou koze pa reyaksyon bò elektwolit la sou sifas elektwòd negatif la. Estrikti sifas grafit atifisyèl la ak mòfoloji nan fim SEI yo fondamantalman chanje.

Anplis de sa, lè konplètman chaje ak estoke pou yon sèten peryòd tan anba kondisyon an nan pi ba pase 40 ℃, byenke materyèl la elektwòd negatif ak zòn sifas espesifik segondè gen yon pi wo pousantaj pwòp tèt ou-egzeyat, to kwasans lan nan fim nan SEI pou chak inite zòn nan diferan kalite materyèl elektwòd negatif se menm jan an. Tandans pouri a sanble. Sepandan, nan yon tanperati ki pi wo (60 ° C), pousantaj la epesman nan natirèl grafit fim SEI ak menm jan an sifas espesifik sifas se siyifikativman pi wo pase sa yo ki an grafit atifisyèl.

1.1.2 dekonpozisyon ak depozisyon nan elektwolit

Rediksyon elektwolit gen ladan rediksyon sòlvan, rediksyon elektwolit, ak rediksyon malpwòpte. Enpurte nan elektwolit la anjeneral gen ladan oksijèn, dlo ak gaz kabonik. Pandan pwosesis chaje ak dechaje batri a, elektwolit la dekonpoze sou sifas elektwòd negatif la, ak pwodwi prensipal li yo gen ladan kabonat ityòm ak fliyò. Kòm kantite sik ogmante, pwodwi dekonpozisyon yo piti piti ogmante. Pwodwi sa yo kouvri sifas elektwòd negatif la epi anpeche deinterkalasyon iyon ityòm, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan enpedans elektwòd negatif la.

1.1.3 analiz ityòm

Depi potansyèl entèrkalasyon an nan materyèl grafit se fèmen nan potansyèl ityòm lan, yon fwa depo nan ityòm metalik oswa kwasans lan nan ityòm dendrit rive pandan pwosesis la chaje, reyaksyon an ki vin apre nan ityòm ak elektwolit la ap akselere degradasyon an nan pèfòmans batri, ak gwo-zòn evolisyon ityòm pral lakòz entèn kous la kout nan batri a ak ensidan an nan sove tèmik. Low-tanperati chaje, ki ba depase nan elektwòd negatif nan batri a relatif nan elektwòd la pozitif, gwosè elektwòd ki pa koresponn (kwen nan elektwòd la pozitif kouvri elektwòd negatif la), ak efè potansyèl (diferan degre polarizasyon lokal yo, epesè elektwòd ak efè porositë ) tout ogmante risk evolisyon ityòm.

Degre nan dezòd nan materyèl la grafit ak inegalite nan distribisyon aktyèl la pral afekte evolisyon nan ityòm sou sifas la nan elektwòd la negatif. Nan etap yo twazyèm ak katriyèm nan ensèsyon ityòm grafit, dezòd la nan materyèl la lakòz distribisyon inegal nan chaj nan elektwòd la, sa ki lakòz pwodiksyon an nan depo dendritik. Se kwasans lan nan depo ant séparation a ak elektwòd negatif la pre relasyon ak tanperati ak dansite aktyèl la. Kòm tanperati a ogmante, pousantaj chaje a ogmante ak vitès reyaksyon an akselere, epi metalik ityòm depoze sou sifas elektwòd negatif la. Plato vòltaj la nan koub egzeyat batri a ak diminisyon nan efikasite Coulomb ka itilize pou detèmine si batri a gen evolisyon ityòm.

Rechèch aktyèl la se sitou amelyore pèfòmans elektwòd negatif la nan aspè yo nan amelyore sistèm elektwòd negatif la ak optimize sistèm elektwolit la ki gen aditif pou anpeche evolisyon ityòm nan elektwòd negatif la. Kouch Sn ak kabòn sou sifas la grafit amelyore pèfòmans nan monte bisiklèt elektwochimik nan elektwòd negatif la. Sn sou sifas grafit la ka diminye rezistans entèn fim SEI a ak polarizasyon elektwòd la nan tanperati ki ba. Anplis de sa, pèfòmans lan kapab tou amelyore pa amelyore sifas la nan materyèl la elektwòd negatif. Oksidasyon grafit nan lè a ka ogmante zòn nan sifas ak kwen sit aktif, ogmante porositë yo ak diminye gwosè a patikil, kidonk diminye ensidan an nan evolisyon ityòm ki te koze pa distribisyon chaj inegal. AsF6 ka amelyore estabilite nan elektwòd negatif la nan tanperati ki wo, anpeche pwodiksyon an nan ityòm metalik ak dekonpozisyon nan LiPF6. Anplis de sa, mekanik woule nan etap preparasyon an nan moso poto negatif la ka diminye gwosè pò a, diminye inegalite nan distribisyon chaj la, epi ogmante kapasite revèsib batri a.

1.2 Chanjman nan materyèl aktif elektwòd negatif

Nan pwosesis la nan deteryorasyon gradyèl nan pèfòmans batri, se estrikti a te bay lòd nan grafit piti piti detwi yo. Batri ityòm yo sikile nan gwo pousantaj. Akòz gradyan nan konsantrasyon ityòm ion, se yon jaden estrès mekanik pwodwi andedan materyèl la, ki chanje lasi a elektwòd negatif, ak estrikti nan fèy premye nan elektwòd la negatif piti piti vin dezord. Chanjman estriktirèl yo pa rezon prensipal pou deteryorasyon nan pèfòmans batri. Deteryorasyon ka eksprime kòm chanjman nan evolisyon ityòm oswa fim SEI, men pandan pwosesis sa a, gwosè patikil la ak konstan lasi elektwòd negatif la pa pral chanje anpil.

Kapasite revèsib patikil grafit la gen rapò ak oryantasyon ak kalite yo. Pou egzanp, lityòm ion / elektwolit reyaksyon an ka rive akòz prezans nan yon nouvo koòdone ant patikil dezord, ensèsyon nan lityòm iyon se pi difisil, ak kapasite a revèsib nan patikil grafit dezord pi ba. Konpare ak patikil esferik, grafit flokon gen yon pi wo kapasite espesifik nan gwo mikwoskòp. Malgre ke estrikti elektwòd negatif la pa chanje pandan pwosesis pouri anba tè a, rapò estrikti ronboid / estrikti egzagonal la ap chanje. Ogmantasyon estrikti egzagonal la ap diminye efikasite Faraday nan premye ak twazyèm etap ensèsyon ityòm ion, kidonk diminye kapasite revèsib elektwòd negatif la. Se poutèt sa, kapasite a revèsib ka ogmante a lè yo ogmante rapò a nan estrikti a ronbik / estrikti egzagonal.

1.3 Chanjman nan elektwòd negatif la

Gwosè patikil materyèl grafit la gen yon pi gwo enpak sou pèfòmans elektwòd negatif la. Ti materyèl patikil ka diminye chemen difizyon ant materyèl grafit, ki se fezab nan chaj-wo pousantaj ak egzeyat. Sepandan, ti materyèl gwosè patikil la gen yon pi gwo zòn sifas espesifik, epi li pral konsome plis iyon ityòm nan tanperati ki wo, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan kapasite irevokabl elektwòd negatif la. Se poutèt sa, estabilite nan tèmik nan anod la grafit se sitou ki gen rapò ak gwosè a patikil nan materyèl la grafit.

Porositë nan moso poto grafit la gen yon relasyon sèten ak kapasite revèsib elektwòd negatif la. Kòm porosite a ogmante, zòn nan kontak ant grafit ak elektwolit la ogmante, ak reyaksyon an koòdone ogmante, sa ki lakòz yon diminisyon nan kapasite a revèsib. Pandan chaj alontèm ak egzeyat batri a, dansite konpaksyon elektwòd grafit la afekte degradasyon pèfòmans batri a. Segondè dansite konpaksyon ka diminye porositë nan elektwòd la, diminye zòn nan kontak nan grafit ak elektwolit, ak Lè sa a, ogmante kapasite a revèsib. Anplis, nan yon tanperati ki pi wo pase 120 ° C, akòz dekonpozisyon nan tèmik nan fim nan SEI yo pwodwi gaz, materyèl la konpak electrode negatif ap jenere plis chalè.

an konklizyon:

Dezentegrasyon negatif elektwòd pil ityòm yo gen plizyè mekanis degradasyon. Pami yo, ityòm se faktè prensipal ki mennen nan degradasyon rapid nan lavi batri. Dekonpozisyon nan elektwolit la ak fòmasyon fim ki vin apre sou sifas la nan elektwòd la negatif mennen nan yon ogmantasyon nan rezistans entèn la nan batri a ak yon diminisyon nan kantite lajan an nan ityòm resikle. Mekanis ki anwo a gen ti efè sou estrikti kristal elektwòd negatif la. Mezi tankou optimize sistèm elektwolit la, ajoute estabilize ak tretman tanperati ka diminye ensidan reyaksyon sa yo epi amelyore pèfòmans materyèl elektwòd negatif la.