Alvenas vintro, rigardu la malalt-temperaturan analizan fenomenon de litio-jonaj kuirilaroj

La rendimento de litio-jonaj kuirilaroj estas tre tuŝita de iliaj kinetaj trajtoj. Ĉar Li+ devas esti desolvata unue kiam ĝi estas enigita en la grafitmaterialo, ĝi devas konsumi certan kvanton da energio kaj malhelpi la difuzon de Li+ en la grafiton. Male, kiam Li+ estas liberigita el la grafita materialo en la solvaĵon, la solvatprocezo okazos unue, kaj la solvatprocezo ne postulas energikonsumon. Li+ povas rapide forigi la grafiton, kio kondukas al signife pli malbona ŝargoakcepto de la grafita materialo. En la malŝarĝo akceptebleco.

Ĉe malaltaj temperaturoj, la kinetaj trajtoj de la negativa grafita elektrodo pliboniĝis kaj plimalboniĝis. Tial, la elektrokemia polusiĝo de la negativa elektrodo signife intensiĝas dum la ŝarĝa procezo, kiu povas facile konduki al la precipitaĵo de metala litio sur la surfaco de la negativa elektrodo. Esploro de Christian von Lüders de la Teknika Universitato de Munkeno, Germanio, montris, ke je -2°C, la ŝargkvanto superas C/2, kaj la kvanto de metala litia precipitaĵo estas signife pliigita. Ekzemple, ĉe la C/2-rapideco, la kvanto de litia tegaĵo sur la kontraŭa elektrodsurfaco temas pri la tuta ŝargo. 5.5% de la kapablo sed atingos 9% sub 1C pligrandigo. La faligita metala litio povas formiĝi plu kaj eventuale iĝi litiodendritoj, trapikanta tra la diafragmo kaj kaŭzante fuŝkontakton de la pozitivaj kaj negativaj elektrodoj. Tial necesas eviti kiel eble plej ŝargi la litijonan kuirilaron ĉe malaltaj temperaturoj. Kiam ĝi devas ŝargi la kuirilaron je malalta temperaturo, estas esence elekti malgrandan kurenton por ŝargi la litijonan kuirilaron kiel eble plej multe kaj plene stoki la litijonan kuirilaron post ŝargado por certigi, ke la metala litio faligis el la negativa elektrodo. povas reagi kun grafito kaj re-enigita en la negativa grafita elektrodo.

Veronika Zinth kaj aliaj de la Teknika Universitato de Munkeno uzis neŭtrondifrakton kaj aliajn metodojn por studi la litian evoluan konduton de litijonaj baterioj ĉe malalta temperaturo de -20 °C. Neŭtrondifrakto estis nova detekta metodo en la lastaj jaroj. Kompare kun XRD, neŭtrona difrakto estas pli sentema al malpezaj elementoj (Lio, O, N, ktp.), do ĝi estas tre taŭga por nedetrua testado de litiojonaj baterioj.

En la eksperimento, VeronikaZinth uzis la NMC111/grafito 18650 baterion por studi la litian evoluan konduton de litijonaj baterioj ĉe malaltaj temperaturoj. La kuirilaro estas ŝargita kaj malŝarĝita dum la testo laŭ la procezo montrita en la figuro sube.

La sekva figuro montras la fazan ŝanĝon de la negativa elektrodo sub malsamaj SoC-oj dum la dua ŝarĝa ciklo ĉe C/30-indico. Povas ŝajni, ke ĉe 30.9% SoC, la fazoj de la negativa elektrodo estas ĉefe LiC12, Li1-XC18, kaj malgranda kvanto de LiC6-Kompozicio; post kiam la SoC superas 46%, la difrakta intenseco de LiC12 daŭre malpliiĝas, dum la potenco de LiC6 daŭre pliiĝas. Tamen, eĉ post kiam la fina ŝarĝo estas kompletigita, ĉar nur 1503mAh estas ŝargita ĉe malalta temperaturo (la kapacito estas 1950mAh ĉe ĉambra temperaturo), LiC12 ekzistas en la negativa elektrodo. Supozu, ke la ŝarga fluo estas reduktita al C/100. En tiu kazo, la kuirilaro ankoraŭ povas akiri kapaciton de 1950mAh ĉe malaltaj temperaturoj, kio indikas, ke la malkresko de la potenco de litio-jonaj kuirilaroj ĉe malaltaj temperaturoj estas ĉefe pro la difekto de kinetaj kondiĉoj.

La suba figuro montras la fazan ŝanĝon de grafito en la negativa elektrodo dum ŝarĝo laŭ la C/5-indico je malalta temperaturo de -20 °C. Ĝi povas vidi, ke la fazoŝanĝo de grafito estas signife malsama kompare al C/30-indico. Oni povas vidi el la figuro, ke kiam SoC>40%, la faza forto de la baterio LiC12 sub la ŝarĝa indico C/5 malpliiĝas signife pli malrapide, kaj la pliiĝo de LiC6-faza forto estas ankaŭ konsiderinde pli malforta ol tiu de la C/30. ŝarga indico. Ĝi montras ke kun relative alta rapideco de C/5, malpli LiC12 daŭre interkalas lition kaj estas konvertita al LiC6.

La figuro malsupre komparas la fazŝanĝojn de la negativa grafita elektrodo dum ŝargado ĉe C/30 kaj C/5 tarifoj, respektive. La figuro montras, ke por du malsamaj ŝarĝaj tarifoj, la litio-malriĉa fazo Li1-XC18 estas tre simila. La diferenco estas plejparte reflektita en la du fazoj de LiC12 kaj LiC6. Oni povas vidi de la figuro, ke la fazoŝanĝa tendenco en la negativa elektrodo estas relative proksima ĉe la komenca etapo de ŝargado sub la du ŝargkurzoj. Por la fazo LiC12, kiam la ŝarĝa kapablo atingas 950mAh (49% SoC), la ŝanĝiĝanta tendenco komencas aspekti malsama. Kiam temas pri 1100mAh (56.4% SoC), la LiC12-fazo sub la du pligrandigoj komencas montri signifan breĉon. Kiam ŝarĝas kun malalta rapideco de C/30, la malkresko de la stadio LiC12 estas tre rapida, sed la falo de la fazo LiC12 ĉe la rapido C/5 estas multe pli malrapida; tio estas, la kinetaj kondiĉoj de litia enmeto en la negativa elektrodo plimalboniĝas ĉe malaltaj temperaturoj. , Por ke LiC12 plu interkalas litio por generi LiC6 fazo rapido malpliiĝis. Ekvivalente, la LiC6-fazo pliiĝas tre rapide kun malalta rapideco de C/30 sed estas multe pli malrapida kun rapideco de C/5. Ĉi tio montras, ke ĉe la C/5-indico, pli eta Lio estas enigita en la kristala strukturo de grafito, sed kio estas interesa estas, ke la ŝargkapacito de la baterio (1520.5mAh) ĉe la C/5-ŝargo estas pli alta ol tiu ĉe la C. /30-ŝargo. La potenco (1503.5mAh) estas pli alta. La ekstra Lio kiu ne estas enigita en la negativa grafitelektrodo verŝajne estos precipitita sur la grafitsurfaco en la formo de metala litio. La konstanta procezo post la fino de ŝarĝo ankaŭ pruvas tion flanke—iom.

La sekva figuro montras la fazan strukturon de la negativa grafita elektrodo post ŝarĝo kaj post estado lasita dum 20 horoj. Ĉe la fino de ŝarĝo, la fazo de la negativa grafita elektrodo estas tre malsama sub la du ŝarĝaj tarifoj. Ĉe C/5, la proporcio de LiC12 en la grafita anodo estas pli alta, kaj la procento de LiC6 estas pli malalta, sed post stari dum 20 horoj, la diferenco inter ambaŭ fariĝis minimuma.

La figuro malsupre montras la fazŝanĝon de la negativa grafita elektrodo dum la 20h stokadprocezo. Ĝi povas vidi el la figuro, ke kvankam la fazoj de la du kontraŭaj elektrodoj ankoraŭ estas tre malsamaj komence, ĉar la stokado tempo pliiĝas, la du specoj de ŝarĝo La etapo de la grafita anodo sub la pligrandigo ŝanĝiĝis tre proksime. LiC12 povas daŭre esti konvertita al LiC6 dum la breta procezo, indikante ke Lio daŭre estos enigita en la grafito dum la breta procezo. Ĉi tiu parto de Lio verŝajne estas metala litio precipitis la surfacon de la negativa grafito elektrodo ĉe malalta temperaturo. Plia analizo montris, ke ĉe la fino de ŝarĝo kun la C/30-indico, la grado de litia interkalado de la negativa grafita elektrodo estis 68%. Tamen, la grado de litio-interkalado pliiĝis al 71% post bretado, pliiĝo de 3%. Ĉe la fino de ŝarĝo kun la C/5-indico, la litio-enmeta grado de la negativa grafita elektrodo estis 58%, sed post estado lasita dum 20 horoj, ĝi pliiĝis al 70%, totala pliiĝo de 12%.

La supra esploro montras, ke kiam ŝarĝas ĉe malaltaj temperaturoj, la baterio-kapacito malpliiĝos pro la difekto de la kinetaj kondiĉoj. Ĝi ankaŭ precipitos la litian metalon sur la surfacon de la negativa elektrodo pro la malkresko de la grafita litia enmeta indico. Tamen, post periodo de stokado, Ĉi tiu parto de metala litio povas esti enigita en la grafito denove; en reala uzo, la breta tempo ofte estas mallonga, kaj ne estas garantio, ke la tuta metala litio denove povas esti enigita en la grafiton, do ĝi povas kaŭzi ke iom da metala litio daŭre ekzistus en la negativa elektrodo. La surfaco de la litio-jona baterio influos la kapaciton de la litio-jona baterio kaj povas produkti litiajn dendritojn kiuj endanĝerigas la sekurecon de la litio-jona baterio. Sekve, provu eviti ŝarĝi la litijonan baterion ĉe malaltaj temperaturoj. Malalta fluo, kaj post fiksado, certigu sufiĉan bretan tempon por forigi la metalan lition en la negativa grafita elektrodo.

Ĉi tiu artikolo ĉefe rilatas al la sekvaj dokumentoj. La raporto estas uzata nur por enkonduki kaj revizii rilatajn sciencajn verkojn, klasĉambran instruadon kaj sciencan esploradon. Ne por komerca uzo. Se vi havas problemojn pri kopirajto, bonvolu kontakti nin.

1.Taksi kapablon de grafitaj materialoj kiel negativajn elektrodojn en litijonaj kondensiloj, Elektrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2.Litia tegaĵo en litiojonaj baterioj esploritaj per tensio-malstreĉiĝo kaj surloka neŭtrondifrakto, 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.Litia tegaĵo en litiojonaj baterioj ĉe sub-ĉirkaŭaj temperaturoj esploritaj per surloka neŭtrondifrakto, 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