Зимистон меояд, ба падидаи таҳлили ҳарорати пасти батареяҳои литий-ион нигаред

Ба кори батареяҳои литий-ионӣ хусусиятҳои кинетикии онҳо таъсири калон мерасонад. Азбаски Li+ бояд пеш аз ҳама ҳангоми ба маводи графит дохил шуданаш ҷудо карда шавад, он бояд миқдори муайяни энергияро сарф кунад ва ба паҳншавии Li+ ба графит халал расонад. Баръакс, ваќте ки Li+ аз маводи графитї ба мањлул љой дода мешавад, пеш аз њама раванди солватсия ба вуљуд меояд ва раванди солватсия сарфи энергияро талаб намекунад. Li+ метавонад зуд графитро хориҷ кунад, ки ин боиси ба таври назаррас бадтар қабул шудани заряди маводи графит мегардад. Дар қабули разряд.

Дар харорати паст характеристика-хои кинетикии электроди манфии графит бехтар ва бадтар шуд. Аз ин рӯ, поляризатсияи электрохимиявии электроди манфӣ дар ҷараёни зарядкунӣ ба таври назаррас пурқувват мешавад, ки ин метавонад ба осонӣ боиси боришоти литийи металлӣ дар сатҳи электроди манфӣ гардад. Тадкикоти Кристиан фон Людерс аз Донишгохи техникии Мюнхени Олмон нишон дод, ки дар -2°С суръати заряд аз С/2 зиёд мешавад ва микдори боришоти металли литий хеле зиёд мешавад. Масалан, бо суръати C/2, миқдори литий дар сатҳи электроди муқобил тақрибан ба тамоми заряд баробар аст. 5.5% иқтидор, аммо дар зери 9С калоншавӣ ба 1% мерасад. Литиуми металлии боришот метавонад минбаъд инкишоф ёбад ва дар ниҳоят ба дендритҳои литий мубаддал гардад, ки тавассути диафрагма сӯрох карда мешавад ва боиси расиши кӯтоҳи электродҳои мусбат ва манфӣ гардад. Аз ин рӯ, ба қадри имкон аз пур кардани батареяи литий-ионӣ дар ҳарорати паст худдорӣ кардан лозим аст. Вақте ки он бояд батареяро дар ҳарорати паст пур кунад, зарур аст, ки ҷараёни хурдро барои пур кардани батареяи литий-ионӣ ба қадри имкон интихоб кунед ва батареяи литий-ионро пас аз пуркунӣ пурра нигоҳ доред, то ки литийи металлӣ аз электроди манфӣ борид. метавонад бо графит реаксия карда, дар электроди манфии графит дубора ворид карда шавад.

Вероника Зинт ва дигарон аз Донишгоҳи техникии Мюнхен дифраксияи нейтронӣ ва усулҳои дигарро барои омӯзиши рафтори эволютсияи литийи батареяҳои литий-ионӣ дар ҳарорати пасти -20°C истифода бурданд. Дифраксияи нейтронӣ дар солҳои охир як усули нави муайянкунӣ буд. Дар муқоиса бо XRD, дифраксияи нейтронӣ ба унсурҳои рӯшноӣ (Li, O, N ва ғайра) ҳассостар аст, бинобар ин он барои озмоиши вайроннашавандаи батареяҳои литий-ионӣ хеле мувофиқ аст.

Дар таҷриба, VeronikaZinth батареяи NMC111/graphite 18650-ро барои омӯзиши рафтори эволютсияи литийи батареяҳои литий-ион дар ҳарорати паст истифода бурд. Батарея ҳангоми санҷиш мувофиқи раванде, ки дар расми зер нишон дода шудааст, пур карда мешавад ва холӣ карда мешавад.

Дар расми зерин тағирёбии фазаи электроди манфӣ дар зери SoC-ҳои гуногун дар давраи дуюми пуркунии барқ ​​​​бо суръати C/30 нишон дода шудааст. Чунин ба назар мерасад, ки дар 30.9% SoC фазаҳои электроди манфӣ асосан LiC12, Li1-XC18 ва миқдори ками LiC6 Таркиби мебошанд; пас аз он ки SoC аз 46% зиёд шавад, шиддатнокии дифраксияи LiC12 коҳишро идома медиҳад, дар ҳоле ки қудрати LiC6 афзоиш меёбад. Бо вуҷуди ин, ҳатто пас аз анҷом додани заряди ниҳоӣ, азбаски танҳо 1503 мАч дар ҳарорати паст пур карда мешавад (иқтидор дар ҳарорати хонагӣ 1950 мАч аст), LiC12 дар электроди манфӣ мавҷуд аст. Фарз мекунем, ки ҷараёни барқгиранда то C/100 кам шудааст. Дар он сурат, батарея то ҳол метавонад дар ҳарорати паст иқтидори 1950 мАч ба даст орад, ки ин нишон медиҳад, ки коҳиши қудрати батареяҳои литий-ионӣ дар ҳарорати паст асосан ба бад шудани шароити кинетикӣ вобаста аст.

Дар расми зер таѓйирёбии фазавии графит дар электроди манфї њангоми заряд аз рўи суръати С/5 дар њарорати пасти -20°С нишон дода шудааст. Он метавонад бубинад, ки тағирёбии марҳилаи графит нисбат ба пуркунии суръати C/30 ба таври назаррас фарқ мекунад. Аз расм дида мешавад, ки ҳангоми SoC>40% қувваи фазавии батареяи LiC12 дар зери суръати заряди C/5 хеле сусттар коҳиш меёбад ва афзоиши қувваи марҳилаи LiC6 низ нисбат ба C/30 хеле заифтар аст. меъёри пардохт. Он нишон медиҳад, ки бо суръати нисбатан баланди C/5, камтар LiC12 ба intercalating литий идома медиҳад ва ба LiC6 табдил меёбад.

Дар расми зер таѓйироти фазавии электроди манфии графит њангоми пуркунии мутаносибан бо суръати C/30 ва C/5 муќоиса карда шудааст. Рақам нишон медиҳад, ки барои ду суръати гуногуни пуркунӣ, марҳилаи камбизоати литий Li1-XC18 хеле монанд аст. Фарқият асосан дар ду марҳилаи LiC12 ва LiC6 инъикос ёфтааст. Аз расм дида мешавад, ки тамоюли таѓйирёбии фаза дар электроди манфї дар марњилаи ибтидоии пуркунии ду суръати заряд нисбатан наздик аст. Барои марҳилаи LiC12, вақте ки иқтидори барқгиранда ба 950 мАч (49% SoC) мерасад, тамоюли тағирёбанда ба назар дигар мешавад. Вақте ки сухан дар бораи 1100 мАч (56.4% SoC) меояд, марҳилаи LiC12 дар ду калонкунӣ холигии назаррасро нишон медиҳад. Ҳангоми пур кардани барқ ​​бо суръати пасти C/30, коҳиши марҳилаи LiC12 хеле зуд аст, аммо коҳиши марҳилаи LiC12 дар суръати C/5 хеле сусттар аст; яъне шароити кинетикии дохил кардани литий ба электроди манфй дар харорати паст бад мешавад. , Ҳамин тавр, LiC12 минбаъд литийро ба ҳам мепайвандад, то суръати марҳилаи LiC6 коҳиш ёбад. Мутаносибан, марҳилаи LiC6 бо суръати пасти C/30 хеле зуд меафзояд, аммо бо суръати C/5 хеле сусттар аст. Ин нишон медиҳад, ки бо суръати C/5, дар сохтори булӯрии графит бештар Li хурдтар ҷойгир карда шудааст, аммо ҷолиб он аст, ки иқтидори барқии батарея (1520.5 мАч) дар суръати пуркунии C/5 нисбат ба суръати C баландтар аст. /30 меъёри пардохт. Қувват (1503.5 мАч) баландтар аст. Ли иловагие, ки дар электроди манфии графит ҷойгир нашудааст, эҳтимолан дар сатҳи графит дар шакли литийи металлӣ борид. Раванди истодан пас аз ба охир расидани заряд низ инро аз паҳлӯ исбот мекунад - каме.

Дар расми зерин сохтори фазавии электроди манфии графит пас аз заряд кардан ва баъди 20 соат мондан нишон дода шудааст. Дар охири пуркунӣ, марҳилаи электроди манфии графит дар ду суръати пуркунӣ хеле фарқ мекунад. Дар C/5 таносуби LiC12 дар аноди графит баландтар ва фоизи LiC6 камтар аст, аммо пас аз 20 соат истодан, фарқияти байни ин ду ҳадди ақалл шуд.

Дар расми зер тағирёбии марҳилаи электроди манфии графит дар ҷараёни нигоҳдории 20 соат нишон дода шудааст. Аз расм дида мешавад, ки гарчанде фазахои ду электроди ба хам мукобил дар ибтидо хануз хеле фарк доранд, баробари зиёд шудани мухлати нигохдорй, ду намуди заряднокй Мархилаи аноди графитй дар зери калоншавй хеле наздик тагьир ёфтааст. LiC12 метавонад дар ҷараёни рафҳо ба LiC6 табдил дода шавад, ки ин нишон медиҳад, ки Li дар ҷараёни рафҳо дар графит ҷойгир карда мешавад. Эҳтимол меравад, ки ин қисми Ли литийи металлӣ бошад, ки дар сатҳи электроди манфии графит дар ҳарорати паст борид. Таҳлили минбаъда нишон дод, ки дар охири зарядкунӣ бо суръати C/30, дараҷаи интеркалатсияи литийи электроди манфии графит 68% буд. Бо вуҷуди ин, дараҷаи интеркалатсияи литий пас аз ҷойгиркунӣ то 71%, афзоиш 3% афзоиш ёфт. Дар охири пуркунӣ бо суръати C / 5, дараҷаи воридкунии литийи электроди манфии графит 58% -ро ташкил дод, аммо пас аз 20 соат мондан он ба 70%, афзоиши умумии 12% афзоиш ёфт.

Тадкикотхои боло нишон медиханд, ки хангоми пур кардани заряд дар харорати паст иктидори батарея аз сабаби бад шудани шароити кинетики кам мешавад. Он инчунин металли литийро дар рӯи электроди манфӣ бо сабаби кам шудани суръати воридкунии графит литий бор мекунад. Бо вуҷуди ин, пас аз як давраи нигоҳдорӣ, Ин қисми литий металлӣ мумкин аст дар graphite дарунсохти боз; дар истифодаи воқеӣ, вақти нигоҳдорӣ аксар вақт кӯтоҳ аст ва ҳеҷ кафолате нест, ки ҳама литийи металлӣ дубора ба графит дохил карда шаванд, аз ин рӯ метавонад боиси идомаи мавҷудияти литийи металлӣ дар электроди манфӣ гардад. Сатҳи батареяи литий-ион ба иқтидори батареяи литий-ион таъсир мерасонад ва метавонад дендритҳои литийро ба вуҷуд орад, ки бехатарии батареяи литий-иониро зери хатар мегузорад. Аз ин рӯ, кӯшиш кунед, ки батареяи литий-ионро дар ҳарорати паст пур кунед. Ҷараёни паст ва пас аз танзим вақти кофӣ барои рафъи литийи металлиро дар электроди манфии графит таъмин кунед.

Ин мақола асосан ба ҳуҷҷатҳои зерин ишора мекунад. Ҳисобот танҳо барои муаррифӣ ва баррасии корҳои илмии алоқаманд, таълими синф ва тадқиқоти илмӣ истифода мешавад. На барои истифодаи тиҷоратӣ. Агар шумо ягон мушкилоти ҳуқуқи муаллиф дошта бошед, лутфан бо мо дар тамос шавед.

1.Иқтидори маводи графитӣ ҳамчун электродҳои манфӣ дар конденсаторҳои литий-ион, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. Пӯшидани литий дар батареяҳои литий-ионӣ, ки аз ҷониби релаксияи шиддат ва дифраксияи нейтронӣ дар situ таҳқиқ шудааст, Маҷаллаи манбаъҳои нерӯи барқ ​​342(2017)17-23, Кристиан фон Людерс, Вероника Зинт, Саймон В.Эрхард, Патрик Ҷ.Османс , Ралф Гиллес, Андреас Йоссен

3. Пӯшидани литий дар батареяҳои литий-ионӣ дар ҳарорати зеризаминӣ, ки аз ҷониби дифраксияи нейтронӣ дар situ таҳқиқ шудааст, Маҷаллаи манбаъҳои нерӯ 271 (2014) 152-159, Вероника Зинт, Кристиан фон Людерс, Майкл Хофман, Симон Ҳаттенер, Иоханнесберг Эрхард, Жоана Ребело-Корнмайер, Андреас Хоссен, Ральф Гиллес