Ix-xitwa ġejja, ħares lejn il-fenomenu ta 'analiżi ta' temperatura baxxa tal-batteriji tal-jone tal-litju

Il-prestazzjoni tal-batteriji tal-jone tal-litju hija affettwata ħafna mill-karatteristiċi kinetiċi tagħhom. Minħabba li l-Li + jeħtieġ li jiġi desolvat l-ewwel meta jkun inkorporat fil-materjal tal-grafita, jeħtieġ li jikkonsma ċertu ammont ta 'enerġija u jfixkel id-diffużjoni ta' Li + fil-grafita. Għall-kuntrarju, meta Li + jiġi rilaxxat mill-materjal tal-grafita fis-soluzzjoni, il-proċess ta 'solvazzjoni se jseħħ l-ewwel, u l-proċess ta' solvazzjoni ma jeħtieġx konsum ta 'enerġija. Li + jista 'malajr ineħħi l-grafita, li jwassal għal aċċettazzjoni ta' ħlas ferm ifqar tal-materjal tal-grafita. Fl-aċċettabilità ta 'kwittanza.

F'temperaturi baxxi, il-karatteristiċi kinetiċi tal-elettrodu tal-grafita negattiv tjiebu u saru agħar. Għalhekk, il-polarizzazzjoni elettrokimika tal-elettrodu negattiv hija intensifikata b'mod sinifikanti matul il-proċess tal-iċċarġjar, li jista 'faċilment iwassal għall-preċipitazzjoni tal-litju metalliku fuq il-wiċċ tal-elettrodu negattiv. Ir-riċerka minn Christian von Lüders ta 'l-Università Teknika ta' Munich, il-Ġermanja, wriet li f'-2°C, ir-rata ta 'ċarġ taqbeż C/2, u l-ammont ta' preċipitazzjoni tal-litju tal-metall jiżdied b'mod sinifikanti. Pereżempju, bir-rata C/2, l-ammont ta 'kisi tal-litju fuq il-wiċċ ta' l-elettrodu oppost huwa madwar il-ħlas kollu. 5.5% tal-kapaċità iżda se tilħaq 9% taħt ingrandiment 1C. Il-litju metalliku preċipitat jista 'jiżviluppa aktar u eventwalment isir dendriti tal-litju, li jtaqqab mid-dijaframma u jikkawża short-circuiting tal-elettrodi pożittivi u negattivi. Għalhekk, huwa meħtieġ li tiġi evitata l-iċċarġjar tal-batterija tal-jone tal-litju f'temperaturi baxxi kemm jista 'jkun. Meta trid tiċċarġja l-batterija f'temperatura baxxa, huwa essenzjali li tagħżel kurrent żgħir biex tiċċarġja l-batterija tal-jone tal-litju kemm jista 'jkun u taħżen bis-sħiħ il-batterija tal-jone tal-litju wara l-iċċarġjar biex tiżgura Il-litju metalliku preċipitat mill-elettrodu negattiv jistgħu jirreaġixxu mal-grafita u inkorporati mill-ġdid fl-elettrodu tal-grafita negattiv.

Veronika Zinth u oħrajn tal-Università Teknika ta 'Munich użaw diffrazzjoni tan-newtroni u metodi oħra biex jistudjaw l-imġiba tal-evoluzzjoni tal-litju ta' batteriji tal-jone tal-litju f'temperatura baxxa ta '-20 °C. Id-diffrazzjoni tan-newtroni kienet metodu ġdid ta 'skoperta f'dawn l-aħħar snin. Meta mqabbel ma 'XRD, id-diffrazzjoni tan-newtroni hija aktar sensittiva għal elementi ħfief (Li, O, N, eċċ.), Għalhekk hija adattata ħafna għal ttestjar mhux distruttiv ta' batteriji tal-jone tal-litju.

Fl-esperiment, VeronikaZinth użat il-batterija NMC111/graphite 18650 biex tistudja l-imġieba tal-evoluzzjoni tal-litju tal-batteriji tal-jone tal-litju f'temperaturi baxxi. Il-batterija tiġi ċċarġjata u skarikata matul it-test skond il-proċess muri fil-figura hawn taħt.

Il-figura li ġejja turi l-bidla fil-fażi ta 'l-elettrodu negattiv taħt SoCs differenti matul it-tieni ċiklu ta' ċċarġjar b'ċarġ ta 'rata C/30. Jista 'jidher li f'30.9% SoC, il-fażijiet tal-elettrodu negattiv huma prinċipalment LiC12, Li1-XC18, u ammont żgħir ta' Kompożizzjoni LiC6; wara li s-SoC jaqbeż is-46%, l-intensità tad-diffrazzjoni ta 'LiC12 tkompli tonqos, filwaqt li l-qawwa ta' LiC6 tkompli tiżdied. Madankollu, anke wara li titlesta l-iċċarġjar finali, peress li 1503mAh biss huwa ċċarġjat f'temperatura baxxa (il-kapaċità hija 1950mAh f'temperatura tal-kamra), LiC12 teżisti fl-elettrodu negattiv. Ejja ngħidu li l-kurrent tal-iċċarġjar jitnaqqas għal C/100. F'dak il-każ, il-batterija xorta tista 'tikseb kapaċità ta' 1950mAh f'temperaturi baxxi, li jindika li t-tnaqqis fil-qawwa tal-batteriji tal-jone tal-litju f'temperaturi baxxi huwa prinċipalment dovut għad-deterjorazzjoni tal-kundizzjonijiet kinetiċi.

Il-figura hawn taħt turi l-bidla fil-fażi tal-grafita fl-elettrodu negattiv waqt l-iċċarġjar skont ir-rata C/5 f'temperatura baxxa ta '-20°C. Jista 'jara li l-bidla fil-fażi tal-grafita hija differenti b'mod sinifikanti meta mqabbla mal-iċċarġjar tar-rata C/30. Jista 'jidher mill-figura li meta SoC> 40%, is-saħħa tal-fażi tal-batterija LiC12 taħt ir-rata ta' ħlas C/5 tonqos b'mod sinifikanti aktar bil-mod, u ż-żieda tas-saħħa tal-fażi LiC6 hija wkoll konsiderevolment aktar dgħajfa minn dik tas-C/30 rata ta' ħlas. Juri li b'rata relattivament għolja ta 'C/5, inqas LiC12 ikompli jinterkalizza l-litju u jiġi kkonvertit għal LiC6.

Il-figura hawn taħt tqabbel il-bidliet fil-fażi tal-elettrodu tal-grafita negattiv meta tiċċarġja b'rati C/30 u C/5, rispettivament. Iċ-ċifra turi li għal żewġ rati ta 'ċċarġjar differenti, il-fażi Li1-XC18 fqira tal-litju hija simili ħafna. Id-differenza hija riflessa prinċipalment fiż-żewġ fażijiet ta 'LiC12 u LiC6. Jista 'jidher mill-figura li t-tendenza tal-bidla fil-fażi fl-elettrodu negattiv hija relattivament qrib fl-istadju inizjali tal-iċċarġjar taħt iż-żewġ rati ta' ħlas. Għall-fażi LiC12, meta l-kapaċità tal-iċċarġjar tilħaq 950mAh (49% SoC), it-tendenza li qed tinbidel tibda tidher differenti. Meta niġu 1100mAh (56.4% SoC), il-fażi LiC12 taħt iż-żewġ ingrandimenti tibda turi vojt sinifikanti. Meta tiċċarġja b'rata baxxa ta 'C/30, it-tnaqqis tal-istadju LiC12 huwa mgħaġġel ħafna, iżda l-waqgħa tal-fażi LiC12 bir-rata C/5 hija ħafna aktar bil-mod; jiġifieri, il-kundizzjonijiet kinetiċi tal-inserzjoni tal-litju fl-elettrodu negattiv jiddeterjoraw f'temperaturi baxxi. , Allura li LiC12 aktar intercalates litju biex jiġġeneraw veloċità fażi LiC6 naqas. B'mod korrispondenti, il-fażi LiC6 tiżdied malajr ħafna b'rata baxxa ta 'C/30 iżda hija ħafna aktar bil-mod b'rata ta' C/5. Dan juri li bir-rata C/5, aktar petite Li hija inkorporata fl-istruttura tal-kristall tal-grafita, iżda dak li huwa interessanti huwa li l-kapaċità ta 'ċarġ tal-batterija (1520.5mAh) bir-rata ta' ħlas C/5 hija ogħla minn dik fil-C /30 rata ta 'ħlas. Il-qawwa (1503.5mAh) hija ogħla. Il-Li żejjed li mhux inkorporat fl-elettrodu tal-grafita negattiv x'aktarx li jiġi preċipitat fuq il-wiċċ tal-grafita fil-forma ta 'litju metalliku. Il-proċess wieqfa wara t-tmiem tal-iċċarġjar juri wkoll dan mill-ġenb—ftit.

Il-figura li ġejja turi l-istruttura tal-fażi tal-elettrodu tal-grafita negattiv wara l-iċċarġjar u wara li titħalla għal 20 siegħa. Fl-aħħar tal-iċċarġjar, il-fażi tal-elettrodu tal-grafita negattiv hija differenti ħafna taħt iż-żewġ rati tal-iċċarġjar. F'C/5, il-proporzjon ta 'LiC12 fl-anodu tal-grafita huwa ogħla, u l-persentaġġ ta' LiC6 huwa aktar baxx, iżda wara li joqgħod għal 20 siegħa, id-differenza bejn it-tnejn saret minima.

Il-figura hawn taħt turi l-bidla fil-fażi tal-elettrodu tal-grafita negattiv matul il-proċess ta 'ħażna ta' 20h. Jista 'jara mill-figura li għalkemm il-fażijiet taż-żewġ elettrodi opposti għadhom differenti ħafna fil-bidu, hekk kif il-ħin tal-ħażna jiżdied, iż-żewġ tipi ta' ċċarġjar L-istadju tal-anodu tal-grafita taħt l-ingrandiment inbidel mill-qrib ħafna. LiC12 jista 'jkompli jiġi kkonvertit għal LiC6 matul il-proċess ta' xkaffar, li jindika li Li se jkompli jkun inkorporat fil-grafita matul il-proċess ta 'xkaffar. Din il-parti ta 'Li x'aktarx li tkun tal-litju metalliku preċipitat il-wiċċ tal-elettrodu tal-grafita negattiv f'temperatura baxxa. Analiżi ulterjuri wriet li fl-aħħar tal-iċċarġjar bir-rata C/30, il-grad ta 'interkalazzjoni tal-litju tal-elettrodu tal-grafita negattiv kien 68%. Xorta waħda, il-grad ta 'interkalazzjoni tal-litju żdied għal 71% wara l-ixkaffar, żieda ta' 3%. Fl-aħħar tal-iċċarġjar bir-rata C/5, il-grad ta 'inserzjoni tal-litju tal-elettrodu tal-grafita negattiv kien 58%, iżda wara li tħalla għal 20 siegħa, żdied għal 70%, żieda totali ta' 12%.

Ir-riċerka ta 'hawn fuq turi li meta tiċċarġja f'temperaturi baxxi, il-kapaċità tal-batterija tonqos minħabba d-deterjorazzjoni tal-kundizzjonijiet kinetiċi. Se jippreċipita wkoll il-metall tal-litju fuq il-wiċċ tal-elettrodu negattiv minħabba t-tnaqqis tar-rata ta 'inserzjoni tal-litju tal-grafita. Madankollu, wara perjodu ta 'ħażna, Din il-parti tal-litju metalliku tista' terġa 'tiġi inkorporata fil-grafita; fl-użu attwali, il-ħin fuq l-ixkaffa ħafna drabi jkun qasir, u m'hemm l-ebda garanzija li l-litju metalliku kollu jista 'jiġi inkorporat fil-grafita mill-ġdid, għalhekk jista' jikkawża li xi litju metalliku jkompli jeżisti fl-elettrodu negattiv. Il-wiċċ tal-batterija tal-jone tal-litju se jaffettwa l-kapaċità tal-batterija tal-jone tal-litju u jista 'jipproduċi dendriti tal-litju li jipperikolaw is-sigurtà tal-batterija tal-jone tal-litju. Għalhekk, ipprova tevita li tiċċarġja l-batterija tal-jone tal-litju f'temperaturi baxxi. Kurrent baxx, u wara l-issettjar, żgura biżżejjed ħin fuq l-ixkaffa biex telimina l-litju tal-metall fl-elettrodu tal-grafita negattiv.

Dan l-artikolu jirreferi prinċipalment għad-dokumenti li ġejjin. Ir-rapport jintuża biss biex jintroduċi u jirrevedi xogħlijiet xjentifiċi relatati, tagħlim fil-klassi, u riċerka xjentifika. Mhux għal użu kummerċjali. Jekk għandek xi kwistjonijiet ta 'copyright, jekk jogħġbok tħossok liberu li tikkuntattjana.

1.Rata l-kapaċità tal-materjali tal-grafita bħala elettrodi negattivi f'capacitors tal-jone tal-litju,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar,JY Nerkar,AG Pandolfo

2.Il-kisi tal-litju f'batteriji tal-jone tal-litju investigat permezz ta' rilassament tal-vultaġġ u diffrazzjoni tan-newtroni in situ, Journal of Power Sources 342 (2017) 17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Il-kisi tal-litju f'batteriji tal-jone tal-litju f'temperaturi sub-ambjenti investigati b'diffrazzjoni tan-newtroni in situ, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles