Tha an geamhradh a’ tighinn, thoir sùil air iongantas mion-sgrùdadh teothachd ìosal de bhataraidhean lithium-ion

Tha na feartan cinneachail aca a’ toirt buaidh mhòr air coileanadh bataraidhean lithium-ion. Leis gu feum Li + a bhith air a sgrios an-toiseach nuair a tha e freumhaichte anns an stuth grafait, feumaidh e beagan lùth ithe agus bacadh a chuir air sgaoileadh Li + a-steach don ghrafait. Air an làimh eile, nuair a thèid Li + a leigeil ma sgaoil bhon stuth grafait a-steach don fhuasgladh, bidh am pròiseas fuasglaidh a ’tachairt an toiseach, agus chan fheum am pròiseas fuasglaidh caitheamh lùtha. Is urrainn dha Li + an grafait a thoirt air falbh gu sgiobalta, a tha a’ leantainn gu gabhail ri cosgais gu math nas miosa den stuth grafait. Ann an gabhail ri sgaoileadh.

Aig teòthachd ìosal, tha feartan cinneachail an dealan grafait àicheil air a thighinn air adhart agus air fàs nas miosa. Mar sin, tha polarachadh electrochemical an electrode àicheil air a neartachadh gu mòr tron ​​​​phròiseas cosgais, a dh ’fhaodadh leantainn gu sileadh lithium meatailteach air uachdar an dealan àicheil. Tha rannsachadh le Christian von Lüders bho Oilthigh Teicnigeach Munich, a 'Ghearmailt, air sealltainn gu bheil an ìre cosgais nas àirde na C/2 aig -2 ° C, agus gu bheil an ìre de dh'uisgeachadh lithium meatailt air àrdachadh gu mòr. Mar eisimpleir, aig ìre C/2, tha an ìre de lithium plating air an uachdar eileagtronaigeach mu dheidhinn a’ chosgais gu lèir. 5.5% den chomas ach ruigidh e 9% fo mheudachadh 1C. Dh’ fhaodadh an lithium meitabileach seargach leasachadh nas fhaide agus mu dheireadh thig e gu bhith na lithium dendrites, a’ tolladh tron ​​diaphragm agus ag adhbhrachadh cuairt ghoirid de na dealanan adhartach is àicheil. Mar sin, feumar cosgais bataraidh lithium-ion a sheachnadh aig teòthachd ìosal cho mòr ‘s as urrainn. Nuair a dh’ fheumas e cosgais a chuir air a ’bhataraidh aig teòthachd ìosal, tha e riatanach sruthan beag a thaghadh gus cosgais a chuir air a’ bhataraidh lithium-ion cho mòr ‘s as urrainn agus am bataraidh lithium-ion a stòradh gu h-iomlan às deidh cosgais gus dèanamh cinnteach gu bheil an lithium meatailteach air a ghluasad bhon dealan àicheil is urrainn dhaibh freagairt le grafait agus ath-fhighe a-steach don electrod grafait àicheil.

Chleachd Veronika Zinth agus feadhainn eile bho Oilthigh Teicnigeach Munich eadar-dhealachadh neutron agus dòighean eile gus giùlan mean-fhàs lithium bataraidhean lithium-ion a sgrùdadh aig teòthachd ìosal de -20 ° C. Tha eadar-dhealachadh neutron air a bhith na dhòigh lorgaidh ùr anns na bliadhnachan mu dheireadh. An coimeas ri XRD, tha eadar-dhealachadh neutron nas mothachail air eileamaidean solais (Li, O, N, msaa), agus mar sin tha e gu math freagarrach airson deuchainn neo-sgriosail air bataraidhean lithium-ion.

Anns an deuchainn, chleachd VeronikaZinth am bataraidh NMC111 / graphite 18650 gus sgrùdadh a dhèanamh air giùlan mean-fhàs lithium bataraidhean lithium-ion aig teòthachd ìosal. Tha am bataraidh air a ghearradh agus air a leigeil ma sgaoil tron ​​​​deuchainn a rèir a ’phròiseas a chithear san fhigear gu h-ìosal.

Tha am figear a leanas a’ sealltainn atharrachadh ìre an electrode àicheil fo dhiofar SoCs rè an dàrna cearcall cosgais aig cosgais ìre C/30. Faodaidh e a bhith coltach, aig 30.9% SoC, gu bheil ìrean an dealan àicheil sa mhòr-chuid LiC12, Li1-XC18, agus tomhas beag de LiC6 Composition; às deidh don SoC a dhol thairis air 46%, tha dian dealachaidh LiC12 a’ sìor dhol sìos, fhad ‘s a tha cumhachd LiC6 a’ sìor dhol suas. Ach, eadhon às deidh a ’chosgais mu dheireadh a chrìochnachadh, leis nach eil ach 1503mAh air a ghearradh aig teòthachd ìosal (tha an comas 1950mAh aig teòthachd an t-seòmair), tha LiC12 anns an dealan àicheil. Seach gu bheil an t-sruth cosgais air a lùghdachadh gu C/100. Anns a 'chùis sin, faodaidh am bataraidh fhathast comas 1950mAh fhaighinn aig teòthachd ìseal, a tha a' nochdadh gu bheil an lùghdachadh ann an cumhachd bataraidhean lithium-ion aig teòthachd ìseal gu ìre mhòr mar thoradh air a bhith a 'crìonadh suidheachadh cinneachail.

Tha am figear gu h-ìosal a’ sealltainn atharrachadh ìre grafait anns an dealan àicheil rè cosgais a rèir ìre C/5 aig teòthachd ìosal de -20 ° C. Chì e gu bheil atharrachadh ìre grafait gu math eadar-dhealaichte an taca ri cosgais ìre C/30. Tha e ri fhaicinn bhon fhigear nuair a bhios SoC> 40%, neart ìre a’ bhataraidh LiC12 fo ìre cosgais C/5 a’ dol sìos gu math nas slaodaiche, agus tha àrdachadh neart ìre LiC6 cuideachd gu math nas laige na an ìre C/30. ìre cosgais. Tha e a’ sealltainn, aig ìre coimeasach àrd de C/5, gu bheil nas lugha de LiC12 a’ leantainn air adhart a’ ceangal lithium agus ga thionndadh gu LiC6.

Tha am figear gu h-ìosal a’ dèanamh coimeas eadar na h-atharrachaidhean ìre den electrod grafait àicheil nuair a thathar a’ cur cosgais aig ìrean C/30 agus C/5, fa leth. Tha am figear a’ sealltainn, airson dà ìre cosgais eadar-dhealaichte, gu bheil an ìre lithium-dona Li1-XC18 glè choltach. Tha an eadar-dhealachadh sa mhòr-chuid ri fhaicinn anns an dà ìre de LiC12 agus LiC6. Chithear bhon fhigear gu bheil an gluasad atharrachadh ìre anns an dealan àicheil gu ìre mhath faisg air a’ chiad ìre de chìsean fon dà ìre cosgais. Airson ìre LiC12, nuair a ruigeas an comas cosgais 950mAh (49% SoC), tha an gluasad caochlaideach a’ tòiseachadh a ’nochdadh eadar-dhealaichte. Nuair a thig e 1100mAh (56.4% SoC), tha an ìre LiC12 fon dà àrdachadh a’ tòiseachadh a ’nochdadh beàrn mòr. Nuair a bhios tu a’ cur cosgais aig ìre ìosal de C/30, tha crìonadh ìre LiC12 gu math luath, ach tha an ìre LiC12 a’ tuiteam aig ìre C/5 mòran nas slaodaiche; is e sin ri ràdh, bidh na suidheachaidhean cinneachail de chuir a-steach lithium anns an dealan àicheil a’ dol sìos aig teòthachd ìosal. , Gus am bi LiC12 ag eadar-luachadh lithium gus astar ìre LiC6 a ghineadh sìos. Mar an ceudna, bidh ìre LiC6 ag èirigh gu math luath aig ìre ìosal C/30 ach tha e tòrr nas slaodaiche aig ìre C/5. Tha seo a’ sealltainn, aig ìre C/5, gu bheil barrachd petite Li freumhaichte ann an structar criostal grafait, ach is e an rud a tha inntinneach gu bheil comas cosgais a’ bhataraidh (1520.5mAh) aig ìre cosgais C/5 nas àirde na an ìre aig an C. /30 ìre cosgais. Tha an cumhachd (1503.5mAh) nas àirde. Tha e coltach gum bi an Li a bharrachd nach eil freumhaichte anns an electrod grafait àicheil air a chuir air uachdar grafait ann an cruth lithium meatailteach. Tha am pròiseas seasmhach às deidh deireadh cosgais cuideachd a’ dearbhadh seo bhon taobh - beagan.

Tha am figear a leanas a’ sealltainn structar ìre an electrod grafait àicheil às deidh cosgais agus às deidh dha a bhith air fhàgail airson 20 uair. Aig deireadh cosgais, tha ìre an dealan grafait àicheil gu math eadar-dhealaichte fon dà ìre cosgais. Aig C / 5, tha an co-mheas de LiC12 anns an anod grafait nas àirde, agus tha an àireamh sa cheud de LiC6 nas ìsle, ach às deidh seasamh airson 20 uair, tha an eadar-dhealachadh eadar an dà air fàs glè bheag.

Tha am figear gu h-ìosal a’ sealltainn atharrachadh ìre an electrod grafait àicheil rè pròiseas stòraidh 20h. Chì e bhon fhigear ged a tha ìrean an dà electrodan aghaidh fhathast gu math eadar-dhealaichte aig an toiseach, mar a tha an ùine stòraidh ag àrdachadh, tha an dà sheòrsa cosgais air atharrachadh gu math faisg air ìre an anod grafait fon àrdachadh. Faodar LiC12 a thionndadh gu LiC6 tron ​​​​phròiseas sgeilpichean, a 'sealltainn gum bi Li fhathast air a stèidheachadh anns a' ghrafait rè a 'phròiseas sgeilpichean. Tha am pàirt seo de Li dualtach a bhith lithium meatailteach precipitated uachdar an àicheil graphite electrode aig ìosal Teòthachd. Sheall tuilleadh mion-sgrùdadh, aig deireadh cosgais aig ìre C/30, gur e 68% an ìre de eadar-cheangal lithium den dealan grafait àicheil. Fhathast, mheudaich an ìre de eadar-luachadh lithium gu 71% às deidh sgeilpichean, àrdachadh de 3%. Aig deireadh cosgais aig ìre C / 5, b ’e an ìre cuir a-steach lithium den electrode graphite àicheil 58%, ach às deidh dha a bhith air fhàgail airson 20 uair, dh’ èirich e gu 70%, àrdachadh iomlan de 12%.

Tha an rannsachadh gu h-àrd a’ sealltainn, nuair a bhios cosgais aig teòthachd ìosal, gun lughdaich comas a’ bhataraidh mar thoradh air crìonadh ann an suidheachaidhean cinneachail. Bidh e cuideachd a 'sguabadh a-mach am meatailt lithium air uachdar an dealain àicheil mar thoradh air lùghdachadh ann an ìre cuir a-steach lithium graphite. Ach, às deidh ùine stòraidh, faodar am pàirt seo de lithium meatailteach a chuir a-steach don ghrafait a-rithist; ann an cleachdadh fìor, tha an ùine sgeilp gu math goirid, agus chan eil gealltanas sam bith ann gum faodar a h-uile lithium meitabileach a chuir a-steach don ghrafait a-rithist, agus mar sin dh’ fhaodadh e leantainn air adhart le cuid de lithium meitabileach anns an dealan àicheil. Bheir uachdar a’ bhataraidh lithium-ion buaidh air comas a’ bhataraidh lithium-ion agus dh’ fhaodadh e dendrites lithium a thoirt gu buil a chuireas sàbhailteachd bataraidh lithium-ion ann an cunnart. Mar sin, feuch ri casg a chuir air bataraidh lithium-ion aig teòthachd ìosal. Bidh sruth ìosal, agus às deidh a shuidheachadh, a’ dèanamh cinnteach gu bheil ùine sgeilp gu leòr ann gus cuir às don lithium meatailt anns an dealan grafait àicheil.

Tha an artaigil seo gu ìre mhòr a’ toirt iomradh air na sgrìobhainnean a leanas. Chan eil an aithisg air a cleachdadh ach airson obraichean saidheansail co-cheangailte, teagasg sa chlas, agus rannsachadh saidheansail a thoirt a-steach agus ath-sgrùdadh. Chan ann airson cleachdadh malairteach. Ma tha cùis dlighe-sgrìobhaidh sam bith agad, na bi leisg fios a chuir thugainn.

1.Rate comas stuthan grafait mar electrodan àicheil ann an co-innealan lithium-ion,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar,AG Pandolfo

2.Lithium plating ann am bataraidhean lithium-ion air an sgrùdadh le fois bholtachd agus eadar-dhealachadh neutron 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.Lithium plating ann am bataraidhean lithium-ion aig teòthachd fo-àrainneachd air a sgrùdadh le in situ neutron diffraction, 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