Ошкор кардани асрор: Иқтидори суперназариявӣ дар батареяҳои литий-ион
By hoppt
Чаро батареяи литий як падидаи иқтидори назариявӣ вуҷуд дорад
Дар батареяҳои литий-ионӣ (LIBs) бисёр электродҳои оксиди металлии гузариш қобилияти нигоҳдории ғайриоддии баландро аз арзиши назариявии худ нишон медиҳанд. Гарчанде ки ин падида ба таври васеъ гузориш дода шудааст, механизмҳои физикӣ-химиявии ин маводҳо номаълум боқӣ мемонанд ва мавзӯи баҳс боқӣ мемонанд.
Профили натиҷаҳо
Чанде пеш профессор Миао Гуоксин аз Донишгоҳи Ватерлоои Канада, профессор Ю Гуйхуа аз Донишгоҳи Техас дар Остин ва Ли Ҳонгсен ва Ли Цианг аз Донишгоҳи Циндао як мақолаи тадқиқотиро дар бораи маводҳои табиӣ таҳти унвони "Иқтидори нигаҳдории изофӣ дар Батареяҳои оксиди литий-ионии металлии гузариш, ки тавассути магнитометрияи in situ ошкор карда шудаанд." Дар ин кор, муаллифон мониторинги магнитии in situ барои нишон додани мавҷудияти иқтидори қавии рӯи нанозарраҳои металлӣ истифода бурданд ва шумораи зиёди электронҳои спи-поляризатсияшуда метавонанд дар нанозарраҳои металлии аллакай камшуда нигоҳ дошта шаванд, ки бо механизми заряди фазоӣ мувофиқ аст. Илова бар ин, механизми заряди фазоии ошкоршуда метавонад ба дигар пайвастагиҳои металлии гузариш васеъ карда шавад, ки барои таъсиси системаҳои пешрафтаи нигоҳдории энергия дастури асосӣ фароҳам меорад.
Самтҳои асосии таҳқиқот
(1) Феъҳои маъмулӣ бо истифода аз техникаи мониторинги магнитии дар ин ҷо3O4/ Эволюцияи сохтори электронии дохили батареяи Li омӯхта шуданд;
(2) ошкор мекунад, ки Fe3O4Дар системаи / Li, иқтидори заряди рӯизаминӣ манбаи асосии иқтидори иловагӣ мебошад;
(3) Механизми зарфияти рӯизаминии нанозарраҳои металлӣ метавонад ба доираи васеи пайвастагиҳои металлии гузариш васеъ карда шавад.
Дастури матн ва матн
- Тавсифи сохтор ва хосиятҳои электрохимиявӣ
Монодисперсии холии Fe бо усулҳои анъанавии гидротермалӣ3O4Наносфера синтез карда шуда, баъдан дар 100 mAg−1Зарзиш ва разряд дар зичии ҷорӣ (расми 1а) анҷом дода шуд, иқтидори разряди якум мутаносибан 1718 мАч g−1, дафъаи сеюм 1370 мАч мебошад. 1Ва 1,364 mAhg−1, Зиёда аз 926 mAhg−1Назарияи интизориҳо. Тасвирҳои BF-STEM маҳсулоти пурра холӣшуда (Расми 1b-c) нишон медиҳанд, ки пас аз коҳиши литий, Fe3O4 наносфераҳо ба нанозарраҳои хурдтари Fe, ки тақрибан 1 - 3 нм буда, дар маркази Li2O пароканда шудаанд, табдил ёфтанд.
Барои нишон додани таѓйирёбии магнитизм дар давраи сикли электрохимиявї хати магнитизатсия пас аз разряди пурра то 0.01 В ба даст оварда шуд (расми 1г), ки рафтори суперпарамагнитиро аз њисоби ташаккули нанозаррањо нишон медињад.
Расми 1 (а) дар 100 mAg−1Fe чархзанӣ дар зичии ҷорӣ 3O4/ Каҷи барқи доимӣ ва разряди батареяи Li; (б) пурра литий Fe3O4Тасвири BF-STEM аз электрод; (в) мавҷудияти Li дар тасвирҳои маҷмӯии2-ҳаҷорати баланди BF-STEM ҳам О ва ҳам Fe; (г) Fe3O4 Каҷҳои гистерезии электрод пеш (сиёҳ) ва пас аз (кабуд) ва каҷи мувофиқи Лангевини охирин (арғувон).
- Муайян кардани таҳаввулоти сохторӣ ва магнитӣ дар вақти воқеӣ
Бо мақсади муттаҳид кардани электрохимия бо Fe3O4Of тағйироти сохторӣ ва магнитии ба Fe3O4, электродҳо ба дифраксияи рентгенӣ (XRD) ва мониторинги магнитии дар ҷои ҷойгиршуда дучор шуданд. Fe дар як қатор намунаҳои дифраксияи XRD ҳангоми разряди ибтидоӣ аз шиддати занҷири кушода (OCV) то 1.2V3O4 Қуллаҳои дифраксия дар шиддат ё мавқеъ ба таври назаррас тағйир наёфтанд (Расми 2а), ин нишон медиҳад, ки Fe3O4Танҳо раванди интеркалатсияи Li-ро аз сар гузаронидааст. Ҳангоми пур кардани қувваи 3V, сохтори зидди шпинель Fe3O4 бетағйир боқӣ мемонад ва аз он шаҳодат медиҳад, ки раванд дар ин равзанаи шиддат хеле баръакс аст. Мониторинги минбаъдаи магнитии дар ин ҷо дар якҷоягӣ бо санҷишҳои доимии барқ ва разряди ҷорӣ барои таҳқиқи он, ки чӣ гуна магнитизатсия дар вақти воқеӣ таҳаввул мекунад, гузаронида шуд (Расми 2b).
Расми 2 Характеристикаи XRD дар ин ҷо ва мониторинги магнитӣ.(A) in situ XRD; (б) Fe3O4 Хатти электрохимиявии заряд ва разряд дар зери 3 Т майдони магнитии татбиқшаванда ва аксуламали магнитии мувофиқ дар ҷои бозгаштшаванда.
Барои ба даст овардани фаҳмиши бештари ин раванди табдилдиҳӣ дар робита ба тағирёбии магнитизатсия, аксуламали магнитӣ дар вақти воқеӣ ва гузариши марҳилаи мувофиқ, ки реаксияҳои электрохимиявиро ҳамроҳӣ мекунанд, ҷамъоварӣ карда мешавад (Расми 3). Комилан возеҳ аст, ки ҳангоми разряди аввал Fe3O4 аксуламали магнитизатсияи электродҳо аз дигар давраҳои Fe ҳангоми литализми аввал фарқ мекунад3O4 Аз сабаби гузариши фазаҳои бебозгашт ба амал меояд. Вақте ки потенсиал то 0.78 В паст шуд, марҳилаи зиддиспинели Fe3O4 ба Li2 табдил ёфт, ки сохтори галитҳои синфи FeO аз O, Fe3O4 пас аз пуркунӣ барқарор карда намешавад. Мутаносибан, магнитизатсия зуд то 0.482 μ b Fe−1 паст мешавад. Дар баробари идомаи литиализатсия ягон марҳилаи нав ба вуҷуд намеояд ва шиддатнокии қуллаҳои дифраксияи (200) ва (220) синфҳои FeO суст шудан гирифт. баробар Fe3O4 Ҳангоми пурра лиализатсия шудани электрод қуллаи назарраси XRD нигоҳ дошта намешавад (расми 3а). Дар хотир доред, ки вақте ки электроди Fe3O4 аз 0.78 В то 0.45 В холӣ мешавад, магнитизатсия (аз 0.482 μ b Fe−1 То 1.266 μ bFe−1 зиёд шуд), Ин ба реаксияи табдили FeO ба Fe марбут буд. Сипас, дар охири разряд, магнитизатсия оҳиста-оҳиста ба 1.132 μ B Fe−1 коҳиш ёфт. Ин бозёфт нишон медиҳад, ки металлҳои пурра коҳишёфтаи Fe0Nanoparticles то ҳол метавонанд дар реаксияи нигоҳдории литий иштирок кунанд ва ҳамин тавр магнитизатсияи электродҳоро коҳиш диҳанд.
Расми 3 Мушоҳидаҳои дар ҷои гузариши фаза ва аксуламали магнитӣ.（a）Fe3O4In situ харитаи XRD ҳангоми разряди якуми электрод ҷамъоварӣ шудааст; (б) Fe3O4In situ ченкунии қувваи магнитии давраҳои электрохимиявии ҳуҷайраҳои / Li дар майдони магнитии татбиқшавандаи 3 Т.
- Fe0/Li2Иқтидори сатҳи системаи O
Fe3O4 Тағйироти магнитии электродҳо дар шиддати паст ба амал меоянд, ки дар он эҳтимолан иқтидори иловагии электрохимиявӣ ба вуҷуд меояд, ки дар дохили ҳуҷайра мавҷудияти интиқолдиҳандагони заряди кашфнашударо нишон медиҳад. Барои омӯхтани механизми потенсиалии нигаҳдории литий, Fe тавассути XPS, STEM ва спектри самаранокии магнитӣ3O4Электродҳои қуллаҳои магнитизатсия дар 0.01V, 0.45V ва 1.4V барои муайян кардани манбаи тағирёбии магнитӣ омӯхта шуданд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки лаҳзаи магнитӣ омили асосии таъсиркунанда ба тағирёбии магнитӣ мебошад, зеро ба ченакҳои Fe0/Li2Ms системаи O аз анизотропияи магнитӣ ва пайвастагии байнизаррачаҳо таъсир намерасонад.
Барои фаҳмидани минбаъдаи Fe3O4 Хусусиятҳои кинетикии электродҳо дар шиддати паст, волтамметрияи даврӣ бо суръати гуногуни сканкунӣ. Тавре ки дар расми 4а нишон дода шудааст, хати росткунҷаи даврии вольтаммограмма дар доираи шиддати байни 0.01В ва 1В пайдо мешавад (расми 4а). Тасвири 4б нишон медиҳад, ки аксуламали зарфияти Fe3O4A дар электрод рух додааст. Бо аксуламали магнитии хеле баръакси ҷараёни заряд ва разряди доимии ҷараёни доимӣ (расми 4в) магнитизатсияи электрод дар ҷараёни разряд аз 1В то 0.01В коҳиш ёфта, дар ҷараёни зарядкунӣ боз зиёд шуд ва ин нишон медиҳад, ки Fe0Of конденсатормонанд аст. реаксияи рӯизаминӣ хеле баръакс аст.
Расми 4 Хусусиятҳои электрохимиявӣ ва тавсифи магнитӣ дар ҷои дар 0.011 В.(A) Каҷи волтамметрии даврӣ.(B) арзиши b бо истифода аз таносуби байни ҷараён ва суръати скан муайян карда мешавад; $C) таѓйирёбии баръакси магнитизатсия нисбат ба хати каљи заряд ва разряд дар зери майдони магнитии 5 Т.
Fe3O4 дар боло зикршуда Хусусиятҳои электрохимиявӣ, сохторӣ ва магнитии электродҳо нишон медиҳанд, ки иқтидори иловагии батарея аз ҷониби Fe0 муайян карда мешавад Иқтидори сатҳи спи-поляризатсияшудаи нанозаррачаҳо бо тағирёбии магнитии ҳамроҳ ба вуҷуд меоянд. Иқтидори спи-поляризатсияшуда натиҷаи ҷамъшавии зарядҳои спи-поляризатсияшуда дар интерфейс мебошад ва метавонад ҳангоми заряд ва разряд як аксуламали магнитиро нишон диҳад. Ба Fe3O4 Электроди асосӣ дар ҷараёни аввалин разряд дар нанозарраҳои Li2Fine Fe дар субстрати O пароканда карда шуд. таносуби калони сатҳ ба ҳаҷм ва зичии баланди ҳолатиро дар сатҳи Ферми аз ҳисоби орбиталҳои хеле локализатсияшудаи d амалӣ мекунанд. Мувофиқи модели назариявии нигоҳдории зарядҳои фазоӣ Майер, муаллифон пешниҳод мекунанд, ки миқдори зиёди электронҳоро дар бандҳои спина-тақсимкунии нанозарраҳои металлии Fe нигоҳ доштан мумкин аст, ки онҳо метавонанд дар Fe / Li2Creating конденсаторҳои рӯи поляризатсияшуда дар O nanocomposites пайдо шаванд ( Расми 5).
графики 5Fe/Li2A Тасвири схематикии зарфияти сатхи электронхои спи-поляризатсияшуда дар интерфейси О.(A) диаграммаи схематикии зичии холати поляризатсияи спинии сатхи заррахои металлхои ферромагнитӣ (пеш аз разряд), бар хилофи поляризатсияи оммавии оҳан; (б) ташаккули минтақаи заряди кайҳонӣ дар модели конденсатори рӯизаминии литийи аз ҳад зиёд нигоҳ дошташуда.
Хулоса ва Outlook
TM / Li аз ҷониби мониторинги пешрафтаи магнитӣ дар макон таҳқиқ карда шуд2 Эволютсияи сохтори электронии дохилии O nanocomposite барои ошкор кардани манбаи иқтидори иловагии нигоҳдории ин батареяи литий-ион. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ҳам дар системаи ҳуҷайраҳои модели Fe3O4/Li, нанозарраҳои аз ҷиҳати электрохимиявӣ коҳишёфтаи Fe метавонанд миқдори зиёди электронҳои спи-поляризатсияшударо нигоҳ доранд, ки дар натиҷаи иқтидори аз ҳад зиёди ҳуҷайра ва магнитизми байнифазавӣ ба таври назаррас тағйир ёфт. Таҷрибаҳои минбаъда тасдиқшудаи CoO, NiO ва FeF2An Fe2 Мавҷудияти чунин зарфият дар маводи электроди N мавҷудияти иқтидори рӯи поляризатсияшудаи нанозарраҳои металлиро дар батареяҳои литий ион нишон медиҳад ва барои татбиқи ин механизми нигоҳдории заряди фазоӣ дар дигар гузариш замина мегузорад. масолехи электродхои металлй дар асоси омехта.
Пайванди адабиёт
Иқтидори нигаҳдории изофӣ дар батареяҳои литий-ионии оксиди металлии гузариш, ки тавассути магнитометрияи in situ ошкор шудааст (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
Таъсири формулаи тарроҳии вафли электроди литий ва нуқсонҳои вафли электрод ба иҷроиш
- Мақолаи бунёдии тарроҳии филми қутбӣ
Электроди батареяи литий як рӯйпӯшест, ки аз зарраҳо иборат аст ва ба моеъи металлӣ баробар татбиқ карда мешавад. Сарпӯши электроди батареяи литий-ионро метавон ҳамчун маводи таркибӣ баррасӣ кард, ки асосан аз се қисм иборат аст:
(1) Заррачаҳои моддаҳои фаъол;
(2) марҳилаи таркибии агенти интиқолдиҳанда ва агент (фазаи илтиёмии карбон);
(3) Пора, бо электролит пур кунед.
Муносибати ҳаҷми ҳар як марҳила чунин ифода карда мешавад:
Порозия + фраксияи ҳаҷми моддаҳои зинда + фраксияи ҳаҷми фазаи илтиёмии карбон =1
Тарҳрезии тарҳи электроди батареяи литий хеле муҳим аст ва ҳоло дониши асосии тарҳи электроди батареяи литий ба таври мухтасар муаррифӣ карда мешавад.
(1) Иқтидори назариявии маводи электрод Иқтидори назариявии маводи электрод, яъне иқтидори ҳама ионҳои литий дар маводе, ки дар реаксияи электрохимиявӣ иштирок мекунанд, арзиши он бо муодилаи зерин ҳисоб карда мешавад:
Масалан, массаи молярии LiFePO4 157.756 г/мол аст ва иқтидори назариявии он чунин аст:
Ин арзиши ҳисобшуда танҳо иқтидори назариявии грамм аст. Барои таъмини сохтори баръакси мавод, коэффисиенти воқеии хориҷшавии ионҳои литий аз 1 камтар аст ва иқтидори воқеии граммии мавод ин аст:
Иқтидори воқеии граммии мавод = иқтидори назариявии коэффисиенти ҷудокунии литий-ион
(2) Иқтидори тарроҳии батарея ва зичии ниҳоят якҷониба Иқтидори тарҳрезии батареяро бо формулаи зерин ҳисоб кардан мумкин аст: иқтидори тарҳрезии батарея = зичии сатҳи рӯйпӯш таносуби маводҳои фаъоли грамм иқтидори маводи фаъол майдони рӯйпӯши лавҳаи сутун
Дар байни онҳо, зичии сатҳи рӯйпӯш параметри асосии тарҳрезӣ аст. Вақте ки зичии фишурда бетағйир мемонад, афзоиши зичии сатҳи рӯйпӯш маънои онро дорад, ки ғафсии варақи қутб зиёд мешавад, масофаи интиқоли электронҳо зиёд мешавад ва муқовимати электронҳо зиёд мешавад, аммо дараҷаи афзоиш маҳдуд аст. Дар варақи ғафси электроди, афзоиши импеданси муҳоҷирати ионҳои литий дар электролит сабаби асосии таъсир ба хусусиятҳои таносуб мебошад. Бо назардошти ковокӣ ва гардиши сӯрохҳо, масофаи муҳоҷирати ионҳо дар сӯрохҳо аз ғафсии варақи қутб чанд маротиба зиёдтар аст.
(3) Таносуби таносуби иқтидори манфии мусбӣ N / P қобилияти манфӣ ба иқтидори мусбат чунин муайян карда мешавад:
N / P бояд аз 1.0, умуман 1.04 ~ 1.20 бошад, ки асосан дар тарҳрезии бехатарӣ аст, барои пешгирӣ кардани ионҳои манфии литий аз боришот бе манбаи қабул, тарҳрезӣ барои баррасии иқтидори раванд, ба монанди инҳирофии пӯшиш. Аммо, вақте ки N / P хеле калон аст, батарея иқтидори бебозгаштро гум мекунад, ки дар натиҷа иқтидори батарея кам ва зичии энергияи батарея кам мешавад.
Барои аноди титанати литий тарҳи изофии электроди мусбат қабул карда мешавад ва иқтидори батарея аз рӯи иқтидори аноди титанати литий муайян карда мешавад. Тарҳи мусбати изофии изофӣ барои беҳтар кардани кори ҳарорати баланди батарея мусоидат мекунад: гази ҳарорати баланд асосан аз электроди манфӣ меояд. Дар тарҳрезии изофии мусбат, потенсиали манфӣ паст аст ва ташаккул додани филми SEI дар сатҳи титанати литий осонтар аст.
(4) Зичии фишурдашавӣ ва porosity аз рӯйпӯш Дар раванди истеҳсолот, зичии молидани молидани электроди батарея бо формулаи зерин ҳисоб карда мешавад. Бо назардошти он, ки варақи сутунӣ, фолгаи металлӣ дароз карда мешавад, зичии рӯйпӯши пас аз ролик бо формулаи зерин ҳисоб карда мешавад.
Тавре ки қаблан зикр гардид, рӯйпӯш аз марҳилаи моддии зинда, марҳилаи илтиёмии карбон ва сӯрохи иборат аст ва порозияро бо муодилаи зерин ҳисоб кардан мумкин аст.
Дар байни онҳо, зичии миёнаи рӯйпӯш ин аст: электроди батареяи литий як навъ зарраҳои хокаи рӯйпӯш аст, зеро сатҳи заррачаи хокаи ноҳамвор, шакли номунтазам, ҳангоми ҷамъшавӣ, зарраҳо байни зарраҳо ва зарраҳо ва худи баъзе зарраҳо тарқишҳо ва pores доранд, Ҳамин тавр, ҳаҷми хока, аз ҷумла ҳаҷми хока, сӯрохиҳо байни зарраҳои хока ва зарраҳо, аз ин рӯ, гуногунии мувофиқи зичии қабати электрод ва намояндагии porosity. Зичии зарраҳои хока ба массаи хокаи як воҳиди ҳаҷм ишора мекунад. Аз рӯи ҳаҷми хокаи он ба се намуд тақсим мешавад: зичии ҳақиқӣ, зичии зарраҳо ва зичии ҷамъшавӣ. Зичии гуногун ба таври зерин муайян карда мешавад:
- Зичии ҳақиқӣ ба зичии дар натиҷаи тақсим кардани массаи хока ба ҳаҷм (ҳаҷми воқеӣ) ба истиснои холигии дохилӣ ва берунии зарраҳо дахл дорад. Яъне, зичии худи материя, ки пас аз истисно кардани ҳаҷми ҳамаи холигоҳҳо ба даст омадааст.
- Зичии зарраҳо ба зичии зарраҳое дахл дорад, ки тавассути тақсим кардани массаи хока ба ҳаҷми зарраҳо, аз ҷумла сӯрохи кушода ва сӯрохи пӯшида ба даст оварда шудааст. Ин аст, ки фосилаи байни зарраҳо, вале сӯрохиҳои майда дар дохили зарраҳо, зичии худи зарраҳо.
- Зичии ҷамъшавӣ, яъне зичии пӯшиш ба зичии массаи хока ба ҳаҷми рӯйпӯше, ки аз хок ташкил шудааст, тақсим карда мешавад. Ҳаҷми истифодашуда сӯрохиҳои худи зарраҳо ва холигии байни зарраҳоро дар бар мегирад.
Барои ҳамон хока, зичии ҳақиқӣ> зичии зарраҳо> зичии бастабандӣ. Порозияи хока таносуби сӯрохҳо дар рӯйпӯши заррачаҳои хока мебошад, яъне таносуби ҳаҷми холигии байни зарраҳои хок ва сӯрохиҳои зарраҳо ба ҳаҷми умумии рӯйпӯш, ки маъмулан ифода карда мешавад. ҳамчун фоиз. Порозияи хока як моликияти ҳамаҷонибаи марбут ба морфологияи зарраҳо, ҳолати рӯизаминӣ, андозаи зарраҳо ва тақсимоти андозаи зарраҳо мебошад. Порозияи он бевосита ба инфилтратсияи интиқоли электролитҳо ва ионҳои литий таъсир мерасонад. Умуман, ҳар қадар ковокӣ калонтар бошад, инфилтратсияи электролитҳо осонтар ва интиқоли ионҳои литий ҳамон қадар тезтар мешавад. Аз ин рӯ, дар тарҳрезии батареяи литий, баъзан барои муайян кардани porosity, маъмулан усули фишори симоб, усули adsorbtion газ ва ғайра истифода бурда мешавад. Инчунин бо истифода аз ҳисоби зичии ба даст овардан мумкин аст. Порозия инчунин метавонад ҳангоми истифодаи зичии гуногун барои ҳисобҳо оқибатҳои гуногун дошта бошад. Ҳангоме ки зичии ковокии моддаҳои зинда, гузаронанда ва пайвандкунанда аз рӯи зичии ҳақиқӣ ҳисоб карда мешавад, ковокии ҳисобшуда фосилаи байни зарраҳо ва холигии дохили зарраҳоро дар бар мегирад. Ҳангоме ки ковокии моддаҳои зинда, гузаранда ва пайвандкунанда аз рӯи зичии зарраҳо ҳисоб карда мешавад, ковокагии ҳисобшуда фосилаи байни зарраҳоро дар бар мегирад, аммо фосилаи дохили зарраҳо нест. Аз ин рӯ, андозаи сӯрохии варақи электроди батареяи литий низ миқёси бисёрҷониба аст, умуман фосилаи байни зарраҳо дар андозаи миқёси микрон аст, дар ҳоле ки холигии дохили зарраҳо дар нанометр то миқёси субмикронӣ аст. Дар электродҳои ковокӣ робитаи хосиятҳои интиқол, аз қабили диффузияи самаранок ва ноқилӣ бо муодилаи зерин ифода карда мешавад:
Дар он ҷое, ки D0 суръати диффузияи дохилии худи маводро ифода мекунад, ε фраксияи ҳаҷмии фазаи мувофиқ ва τ каҷшавии гардиши фазаи мувофиқ мебошад. Дар модели якхелаи макроскопӣ одатан муносибати Брюггеман истифода мешавад, ки коэффисиенти ɑ =1.5-ро гирифта, барои баҳодиҳии мусбати самараноки электродҳои ковокӣ истифода мешавад.
Электролит дар сӯрохиҳои электродҳои ковокӣ пур мешавад, ки дар онҳо ионҳои литий тавассути электролит гузаронида мешаванд ва хусусияти гузарониши ионҳои литий бо ковокӣ зич алоқаманд аст. Ҳар қадаре ки ковокӣ калонтар бошад, ҳамон қадар фраксияи ҳаҷмии фазаи электролитҳо зиёд мешавад ва гузарониши самараноки ионҳои литий ҳамон қадар зиёд мешавад. Дар варақаи мусбати электрод, электронҳо тавассути фазаи илтиёмии карбон интиқол дода мешаванд, ҳиссаи ҳаҷми фазаи илтиёмии карбон ва гардиши фазаи илтиёмии карбон мустақиман гузарониши самараноки электронҳоро муайян мекунанд.
Порозия ва фраксияи ҳаҷми марҳилаи илтиёмии карбон ба ҳам зид ҳастанд ва ҳассосияти калон ногузир ба фраксияи ҳаҷмии фазаи илтиёмии карбон оварда мерасонад, аз ин рӯ, хосиятҳои самараноки интиқоли ионҳои литий ва электронҳо, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст, мухолифанд. Вақте ки ковокӣ кам мешавад, ноқилияти самарабахши литий ион кам мешавад, дар ҳоле ки ноқилияти самараноки электронҳо зиёд мешавад. Тарзи мувозинати ин ду дар тарҳрезии электрод низ муҳим аст.
Расми 2 Диаграммаи схематикии ковокӣ ва литий ион ва ноқилияти электрон
2. Навъ ва ошкор кардани нуқсонҳои сутунҳо
Дар айни замон, дар раванди тайёр кардани сутунҳои батарея, технологияҳои бештар ва бештари онлайн ошкор карда мешаванд, то камбудиҳои истеҳсолии маҳсулотро самаранок муайян кунанд, маҳсулоти ноқисро бартараф кунанд ва сари вақт ба хати истеҳсолӣ, танзими автоматӣ ё дастӣ ба истеҳсолот процесс, кам кардани суръати брак.
Технологияҳои муайянкунии онлайн, ки маъмулан дар истеҳсоли варақи сутун истифода мешаванд, муайян кардани хосиятҳои шлам, муайянкунии сифати варақи сутун, муайянкунии андоза ва ғайраро дар бар мегиранд, Масалан: (1) ченкунаки часпакӣ мустақиман дар зарфи нигоҳдории пӯшиш барои муайян кардани реологӣ насб карда мешавад. хусусиятҳои slurry дар вақти воқеӣ, Санҷиши устувории slurry; (2) Истифодаи рентген ё β -рен дар раванди пӯшиш, дақиқии баланди андозагирии он, аммо радиатсияи калон, нархи баланди таҷҳизот ва мушкилоти нигоҳдорӣ; (3) Технологияи ченкунии ғафсии лазерии онлайн барои чен кардани ғафсии варақи қутб истифода мешавад, Аниқии андозагирӣ метавонад ба ± 1. 0 мкм мерасад, Он инчунин метавонад тамоюли тағирёбии ғафсӣ ва ғафсии ченшударо дар вақти воқеӣ нишон диҳад, Ба пайгирии маълумот мусоидат кунад. ва таҳлил; (4) Технологияи рӯъёи CCD, Яъне массиви хати CCD барои скан кардани объекти ченшуда истифода мешавад, коркарди тасвир дар вақти воқеӣ ва таҳлили категорияҳои нуқсонҳо, дарк кардани онлайни вайроннашавандаи нуқсонҳои рӯи варақи қутб.
Ҳамчун воситаи назорати сифат, технологияи санҷиши онлайн низ барои фаҳмидани таносуби байни нуқсонҳо ва кори батарея муҳим аст, то ки меъёрҳои тахассусӣ / беихтисос барои маҳсулоти нимтайёр муайян карда шаванд.
Дар қисми охирин, усули нави технологияи ошкоркунии нуқсонҳои рӯизаминии батареяи литий-ион, технологияи тасвири гармидиҳии инфрасурх ва робитаи байни ин камбудиҳои гуногун ва иҷрои электрохимиявӣ ба таври мухтасар муаррифӣ карда мешавад. Consult D. Mohanty Омӯзиши ҳамаҷонибаи Mohanty et al.
(1) Камбудиҳои умумӣ дар рӯи варақи сутун
Дар расми 3 нуқсонҳои умумӣ дар рӯи электроди батареяи литий-ион нишон дода шудаанд, ки тасвири оптикӣ дар тарафи чап ва тасвире, ки аз ҷониби тепловизор дар тарафи рост гирифта шудааст.
Расми 3 Нуқсонҳои умумӣ дар рӯи варақи сутунҳо: (а, б) лифофаи буриш / агрегат; (в, г) маводи тарканда / сӯрох; (д, е) љисми металлии бегона; (г, з) рӯйпӯши нобаробар
(А, б) қаъри баландшуда / агрегат, чунин камбудиҳо метавонанд ба амал оянд, агар slurry яксон омехта шавад ё суръати пӯшиш ноустувор бошад. Ҷамъоварии агентҳои гузаронандаи илтиёмӣ ва сиёҳи карбон ба миқдори ками компонентҳои фаъол ва вазни сабуки лавҳаҳои қутбӣ оварда мерасонад.
(в, г) таркидан / сӯрох, ин минтақаҳои ноқис пӯшонида нашудаанд ва одатан аз ҷониби футурҳо дар slurry истеҳсол мешаванд. Онхо микдори моддаи фаъолро кам карда, коллекторро ба электролит мегузоранд ва бо хамин кобилияти электрохимиявиро кам мекунанд.
(E, f) ҷисмҳои бегонаи металлӣ, пора ё ҷисмҳои металлии дар таҷҳизот ва муҳити зист воридшуда ва ҷисмҳои металлии бегона метавонанд ба батареяҳои литий зарари калон расонанд. Зарраҳои калони металлӣ бевосита диафрагмаро вайрон мекунанд, ки дар натиҷа байни электродҳои мусбат ва манфӣ расиши кӯтоҳ ба амал меояд, ки ин ноқилҳои кӯтоҳи ҷисмонӣ мебошад. Илова бар ин, ҳангоми ба электроди мусбат омехта кардани ҷисми бегонаи металлӣ, пас аз барқ потенсиали мусбӣ зиёд мешавад, металл ҳал мешавад, тавассути электролит паҳн мешавад ва сипас дар сатҳи манфӣ борид ва дар ниҳоят диафрагмаро сӯрох карда, расиши кӯтоҳро ба вуҷуд меорад. ки ин ражими кутохи обшавии химиявй мебошад. Ҷисмҳои бегонаи металлии маъмултарин дар майдони заводи батареяҳо Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS ва ғайра мебошанд.
(g, h) пӯшиши нобаробар, ба монанди омехтаи slurry кифоя нест, нозукии зарраҳо ҳангоми калон будани зарраҳо рахҳо пайдо мешаванд, ки дар натиҷа рӯйпӯши нобаробар ба вуҷуд меояд, ки ба мувофиқати иқтидори батарея таъсир мерасонад ва ҳатто комилан пайдо мешавад. рахи пӯшиш надорад, ба қобилият ва бехатарӣ таъсир мерасонад.
(2) Технологияи ошкоркунии нуқсонҳои рӯи чипи қутбӣ Технологияи тасвири гармидиҳии инфрасурх (IR) барои ошкор кардани камбудиҳои хурд дар электродҳои хушк, ки метавонад ба кори батареяҳои литий-ион зарар расонад, истифода мешавад. Ҳангоми ошкор кардани онлайн, агар камбуди электрод ё ифлоскунанда ошкор карда шавад, онро дар варақи қутб қайд кунед, онро дар раванди минбаъда бартараф кунед ва онро ба хати истеҳсолот баргардонед ва равандро сари вақт барои бартараф кардани камбудиҳо танзим кунед. Шуои инфрасурх як навъ мавҷи электромагнитӣ мебошад, ки табиати ҳамон мавҷҳои радио ва нури намоён дорад. Барои ба тасвири намоёни чашми инсон табдил додани таќсимоти њарорати сатњи љисм ва намоиш додани таќсимоти њарорати сатњи љисм бо рангњои гуногун асбоби махсуси электронї истифода мешавад, ки технологияи инфрасурхи гармидињї номида мешавад. Ин дастгоҳи электрониро камераи гармидиҳии инфрасурх меноманд. Ҳама объектҳои болотар аз сифри мутлақ (-273℃) радиатсияи инфрасурх мебароранд.
Тавре ки дар расми 4 нишон дода шудааст, аппроксиматори гармидиҳии инфрасурх (камераи IR) детектори инфрасурх ва объекти тасвири оптикиро барои қабули шакли тақсимоти энергияи радиатсияи инфрасурх дар объекти мавриди ҳадаф ва инъикоси он дар унсури ҳассоси детектори инфрасурх истифода мебарад. тасвири гармии инфрасурх, ки ба майдони тақсимоти гармӣ дар сатҳи ашё мувофиқат мекунад. Дар сурати пайдо шудани нуқсон дар сатҳи ашё, ҳарорат дар минтақа тағир меёбад. Аз ин рӯ, ин технологияро барои ошкор кардани нуқсонҳои рӯи объект низ истифода бурдан мумкин аст, махсусан барои баъзе нуқсонҳое мувофиқ аст, ки онҳоро бо воситаҳои ошкоркунии оптикӣ фарқ кардан мумкин нест. Вақте ки электроди хушкшавии батареяи литий-ион дар онлайн муайян карда мешавад, электроди электрод аввал бо дурахш шуоъ дода мешавад, ҳарорати сатҳ тағир меёбад ва сипас ҳарорати рӯи замин бо дастгоҳи термобилдер муайян карда мешавад. Тасвири таќсимоти гармї ба назар гирифта шуда, тасвир дар ваќти реалї коркард ва тањлил карда мешавад, то нуксонњои сатњро ошкор ва дар сари ваќт нишон дињанд.D. Моханти Тадқиқот дар баромадгоҳи танӯр хушккунии коатер як камераи гармидиҳӣ насб кард, то тасвири тақсимоти ҳароратро дар рӯи варақи электрод муайян кунад.
Тасвири 5 (а) харитаи тақсимоти ҳарорати сатҳи рӯйпӯши варақи қутби мусбати NMC мебошад, ки аз ҷониби камераи термобилӣ муайян карда шудааст, ки дорои нуқси хеле хурд аст, ки онро бо чашми бараҳна фарқ кардан мумкин нест. Каҷи тақсимоти ҳарорат, ки ба сегменти масир мувофиқ аст, дар варақаи дохилӣ бо афзоиши ҳарорат дар нуқтаи нуқсон нишон дода мешавад. Дар расми 5 (б) ҳарорат дар қуттии мувофиқ ба таври маҳаллӣ баланд мешавад, ки ба нуқси сатҳи варақи сутун мувофиқ аст. АНҶИР. 6 диаграммаи тақсимоти ҳарорати рӯи варақи электроди манфӣ мебошад, ки мавҷудияти нуқсонҳоро нишон медиҳад, ки дар он авҷи баландшавии ҳарорат ба ҳубобӣ ё агрегат ва майдони пастшавии ҳарорат ба сӯрох ё тарки мувофиқат мекунад.
Тасвири 5 Тақсимоти ҳарорати рӯи варақи электроди мусбат
Расми 6 Тақсимоти ҳарорат аз рӯи электроди манфи
Мумкин аст, ки ташхиси гармидиҳӣ оид ба тақсимоти ҳарорат воситаи хуби ошкор кардани нуқсони рӯи варақи қутбӣ мебошад, ки метавонад барои назорати сифати варақи қутбӣ истеҳсолот истифода шавад. Таъсири нуқсонҳои рӯи варақи қутб ба кори батарея
(1) Таъсир ба иқтидори мултипликатори батарея ва самаранокии Кулон
Дар расми 7 хатти таъсири агрегат ва сӯрох ба иқтидори мултипликатори батарея ва самаранокии кулен нишон дода шудааст. Агрегат воқеан иқтидори батареяро беҳтар карда метавонад, аммо самаранокии куленро коҳиш диҳад. Сӯрох иқтидори батарея ва самаранокии Кулунро коҳиш медиҳад ва самаранокии Кулун бо суръати баланд хеле коҳиш меёбад.
Тасвири 7 агрегати катодӣ ва сӯрохиҳо ба иқтидори батарея ва самаранокии тасвири 8 рӯйпӯши нобаробар аст ва ҷисми металлии Co ва Al ба иқтидори батарея ва таъсири каҷи самаранокӣ, рӯйпӯши нобаробар иқтидори массаи батареяро 10% коҳиш медиҳад - 20%, аммо тамоми иқтидори батарея 60% кам шуд, ин нишон медиҳад, ки массаи зинда дар порчаи қутбӣ ба таври назаррас коҳиш ёфтааст. Ҷисми бегонаи Metal Co иқтидор ва самаранокии Кулонро коҳиш дод, ҳатто дар 2С ва 5С баланд, иқтидор умуман надорад, ки ин метавонад аз сабаби пайдоиши металли Co дар реаксияи электрохимиявии литий ва литий даруншуда бошад ё он метавонад зарраҳои металлӣ бошад. сӯрохи диафрагма баста шуд, ки боиси расиши кӯтоҳи микро гардид.
Расми 8 Таъсири электроди мусбати рӯйпӯши нобаробар ва ҷисмҳои бегонаи металлии Co ва Al ба иқтидори мултипликатори батарея ва самаранокии кулен
Хулосаи нуқсонҳои варақи катодӣ: Сатҳҳо дар рӯйпӯши варақи катод самаранокии Кулонии батареяро коҳиш медиҳанд. Дар сӯрохии рӯйпӯши мусбӣ самаранокии Кулонро коҳиш медиҳад, ки дар натиҷа кори сусти мултипликатор, махсусан дар зичии баланди ҷорӣ мегардад. Сарпӯши гетерогенӣ иҷрои сусти васеъкуниро нишон дод. Ифлоскунандаҳои зарраҳои металлӣ метавонанд ноқилҳои кӯтоҳи кӯтоҳро ба вуҷуд оранд ва аз ин рӯ иқтидори батареяро хеле кам мекунанд.
Дар расми 9 таъсири рахи фолгаи ихроҷи манфии иқтидори мултипликатор ва самаранокии Кулун батарея нишон дода шудааст. Вақте ки ихроҷ дар электроди манфӣ рух медиҳад, иқтидори батарея хеле кам мешавад, аммо иқтидори граммӣ маълум нест ва таъсир ба самаранокии Кулун назаррас нест.
Расми 9 Таъсири фолгаи фолгаи манфии ихроҷи электрод ба иқтидори мултипликатори батарея ва самаранокии Кулун (2) Таъсири сикли мултипликатори батарея Расми 10 натиҷаи таъсири нуқсони сатҳи электрод ба сикли мултипликатори батарея мебошад. Натиҷаҳои таъсир ба таври зерин ҷамъбаст карда мешаванд:
Эгрегатсия: дар 2C, суръати нигоҳдории иқтидори 200 давра 70% ва батареяи ноқис 12%, дар давраи 5C, суръати нигоҳдории иқтидори 200 давра 50% ва батареяи ноқис 14% аст.
Сӯзан: пастшавии иқтидор аён аст, аммо камшавии камбудӣ зуд нест ва суръати нигоҳдории иқтидори 200 давраҳои 2C ва 5C мутаносибан 47% ва 40% -ро ташкил медиҳад.
Ҷисми бегонаи металлӣ: иқтидори ҷисми хориҷии металлии Co пас аз чанд давра тақрибан 0 аст ва иқтидори давраи 5C-и ҷисми хориҷии металлии фолгаи Al ба таври назаррас коҳиш меёбад.
Тасмори ихроҷ: Барои як минтақаи ихроҷ, иқтидори батареяи якчанд рахҳои хурдтар нисбат ба рахи калонтар тезтар кам мешавад (47% барои 200 давра дар 5C) (7% барои 200 давра дар 5C). Ин нишон медиҳад, ки шумораи рахҳо зиёдтар бошад, таъсир ба давраи батарея ҳамон қадар зиёдтар аст.
Расми 10 Таъсири нуқсонҳои сатҳи варақи электрод ба сикли суръати ҳуҷайра
Истинод: [1] Арзёбии ғайридавлатӣ вайроннашавандаи батареяи электродҳои дуюмдараҷаи литийи литий бо усулҳои лазерии дарунсохт ва термографияи IR [J].ANALYTICALMETODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Таъсири. нуқсонҳои истеҳсоли электродҳо оид ба иҷрои электрохимиявии батареяҳои литий-ион: Шинохти манбаъҳои нокомии батарея[J]. Маҷаллаи манбаъҳои барқ.2016, 312: 70-79.
