ລະດູຫນາວກໍາລັງຈະມາເຖິງ, ເບິ່ງປະກົດການການວິເຄາະອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion

ປະສິດທິພາບຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ແມ່ນມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍລັກສະນະ kinetic ຂອງເຂົາເຈົ້າ. ເນື່ອງຈາກວ່າ Li+ ຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ desolvated ທໍາອິດໃນເວລາທີ່ມັນຖືກຝັງຢູ່ໃນວັດສະດຸ graphite, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງບໍລິໂພກຈໍານວນທີ່ແນ່ນອນຂອງພະລັງງານແລະຂັດຂວາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງ Li+ ເຂົ້າໄປໃນ graphite ໄດ້. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເມື່ອ Li+ ຖືກປ່ອຍອອກຈາກວັດສະດຸ graphite ເຂົ້າໄປໃນການແກ້ໄຂ, ຂະບວນການແກ້ໄຂຈະເກີດຂື້ນກ່ອນ, ແລະຂະບວນການແກ້ໄຂບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ພະລັງງານ. Li+ ສາມາດເອົາ graphite ອອກໄປຢ່າງໄວວາ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການຍອມຮັບຄ່າບໍລິການທີ່ທຸກຍາກຫຼາຍຂອງ graphite. ໃນ​ການ​ຍອມ​ຮັບ​ການ​ລົງ​ຂາວ​.

ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ລັກສະນະ kinetic ຂອງ electrode graphite ລົບໄດ້ປັບປຸງແລະຮ້າຍແຮງກວ່າເກົ່າ. ດັ່ງນັ້ນ, electrochemical polarization ຂອງ electrode ລົບແມ່ນ intensified ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນລະຫວ່າງການຂະບວນການສາກໄຟ, ເຊິ່ງໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍສາມາດນໍາໄປສູ່ການ precipitation ຂອງ lithium ໂລຫະຢູ່ດ້ານຂອງ electrode ລົບໄດ້. ການຄົ້ນຄວ້າໂດຍ Christian von Lüders ຂອງວິທະຍາໄລດ້ານວິຊາການຂອງ Munich, ເຢຍລະມັນ, ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຢູ່ທີ່ -2 ° C, ອັດຕາຄ່າບໍລິການເກີນ C / 2, ແລະປະລິມານຂອງ precipitation lithium ໂລຫະແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ໃນອັດຕາ C / 2, ປະລິມານຂອງແຜ່ນ lithium ໃນດ້ານ electrode ກົງກັນຂ້າມແມ່ນກ່ຽວກັບການຮັບຜິດຊອບທັງຫມົດ. 5.5% ຂອງຄວາມອາດສາມາດແຕ່ຈະບັນລຸ 9% ພາຍໃຕ້ການຂະຫຍາຍ 1C . lithium ໂລຫະ precipitated ອາດຈະພັດທະນາຕື່ມອີກແລະໃນທີ່ສຸດກາຍເປັນ lithium dendrites, ເຈາະຜ່ານ diaphragm ແລະເຮັດໃຫ້ເກີດການວົງຈອນສັ້ນຂອງ electrodes ໃນທາງບວກແລະທາງລົບ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນສິ່ງຈໍາເປັນເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການສາກໄຟຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້. ໃນເວລາທີ່ມັນຕ້ອງສາກໄຟຫມໍ້ໄຟໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ມັນເປັນສິ່ງຈໍາເປັນທີ່ຈະເລືອກເອົາກະແສໄຟຟ້າຂະຫນາດນ້ອຍເພື່ອສາກໄຟຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໄດ້ຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້ແລະເກັບຮັກສາຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ຢ່າງເຕັມສ່ວນຫຼັງຈາກການສາກໄຟເພື່ອຮັບປະກັນວ່າໂລຫະ lithium precipitated ຈາກ electrode ລົບ. ສາມາດ react ກັບ graphite ແລະ re-embedded ໃນ electrode graphite ລົບ.

Veronika Zinth ແລະຜູ້ອື່ນໆຂອງວິທະຍາໄລເຕັກນິກຂອງ Munich ໄດ້ນໍາໃຊ້ການແຜ່ກະຈາຍນິວຕຣອນແລະວິທີການອື່ນໆເພື່ອສຶກສາພຶດຕິກໍາການວິວັດທະນາການ lithium ຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງ -20 ° C. ການແຜ່ກະຈາຍຂອງນິວຕຣອນເປັນວິທີການກວດພົບໃໝ່ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ XRD, ການແຜ່ກະຈາຍຂອງນິວຕຣອນແມ່ນມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບອົງປະກອບແສງສະຫວ່າງ (Li, O, N, ແລະອື່ນໆ), ດັ່ງນັ້ນມັນເຫມາະສົມຫຼາຍສໍາລັບການທົດສອບທີ່ບໍ່ມີການທໍາລາຍຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion.

ໃນການທົດລອງ, VeronikaZinth ໄດ້ນໍາໃຊ້ຫມໍ້ໄຟ NMC111 / graphite 18650 ເພື່ອສຶກສາພຶດຕິກໍາການວິວັດທະນາການຂອງ lithium ຂອງແບດເຕີລີ່ lithium-ion ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ແບດເຕີລີ່ຖືກສາກໄຟແລະປ່ອຍອອກມາໃນລະຫວ່າງການທົດສອບຕາມຂະບວນການທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ຕົວເລກຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງໄລຍະຂອງ electrode ລົບພາຍໃຕ້ SoCs ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນລະຫວ່າງວົງຈອນການສາກໄຟທີສອງຢູ່ທີ່ການສາກໄຟອັດຕາ C/30. ມັນສາມາດເບິ່ງຄືວ່າຢູ່ທີ່ 30.9% SoC, ໄລຍະຂອງ electrode ລົບແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ LiC12, Li1-XC18, ແລະຈໍານວນຂະຫນາດນ້ອຍຂອງອົງປະກອບ LiC6; ຫຼັງຈາກ SoC ເກີນ 46%, ຄວາມເຂັ້ມຂອງການບິດເບືອນຂອງ LiC12 ຍັງສືບຕໍ່ຫຼຸດລົງ, ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານຂອງ LiC6 ຍັງສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຖິງແມ່ນວ່າການສາກໄຟສຸດທ້າຍແມ່ນສໍາເລັດ, ເນື່ອງຈາກວ່າພຽງແຕ່ 1503mAh ຖືກຄິດຄ່າທໍານຽມໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ (ຄວາມຈຸແມ່ນ 1950mAh ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ), LiC12 ມີຢູ່ໃນ electrode ລົບ. ສົມມຸດວ່າກະແສສາກໄຟຫຼຸດລົງເປັນ C/100. ໃນກໍລະນີດັ່ງກ່າວ, ແບດເຕີລີ່ຍັງສາມາດໄດ້ຮັບຄວາມຈຸຂອງ 1950mAh ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ເຊິ່ງຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າການຫຼຸດລົງຂອງພະລັງງານຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນການເສື່ອມສະພາບຂອງ kinetic.

ຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງໄລຍະຂອງ graphite ໃນ electrode ລົບໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟຕາມອັດຕາ C / 5 ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງ -20 ° C. ມັນ​ສາ​ມາດ​ເຫັນ​ໄດ້​ວ່າ​ໄລ​ຍະ​ການ​ປ່ຽນ​ແປງ​ຂອງ graphite ແມ່ນ​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ​ຢ່າງ​ຫຼວງ​ຫຼາຍ​ເມື່ອ​ທຽບ​ໃສ່​ກັບ​ການ​ຄິດ​ໄລ່​ອັດ​ຕາ C / 30​. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຕົວເລກວ່າເມື່ອ SoC> 40%, ຄວາມແຮງຂອງແບດເຕີລີ່ LiC12 ພາຍໃຕ້ອັດຕາການສາກໄຟ C/5 ຫຼຸດລົງຊ້າລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມແຮງຂອງໄລຍະ LiC6 ແມ່ນຍັງຕໍ່າກວ່າ C/30 ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ອັດຕາຄ່າບໍລິການ. ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໃນອັດຕາທີ່ຂ້ອນຂ້າງສູງຂອງ C / 5, LiC12 ຫນ້ອຍຍັງສືບຕໍ່ intercalate lithium ແລະຖືກປ່ຽນເປັນ LiC6.

ຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້ປຽບທຽບການປ່ຽນແປງໄລຍະຂອງ electrode graphite ລົບໃນເວລາທີ່ສາກໄຟໃນອັດຕາ C / 30 ແລະ C / 5, ຕາມລໍາດັບ. ຕົວເລກສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສໍາລັບສອງອັດຕາການສາກໄຟທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, Lithium-poor phase Li1-XC18 ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍ. ຄວາມແຕກຕ່າງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນຢູ່ໃນສອງໄລຍະຂອງ LiC12 ແລະ LiC6. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຕົວເລກທີ່ແນວໂນ້ມການປ່ຽນແປງໄລຍະໃນ electrode ລົບແມ່ນຂ້ອນຂ້າງໃກ້ຊິດຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນເບື້ອງຕົ້ນຂອງການສາກໄຟພາຍໃຕ້ອັດຕາຄ່າບໍລິການທັງສອງ. ສໍາລັບໄລຍະ LiC12, ເມື່ອຄວາມອາດສາມາດສາກໄຟໄດ້ເຖິງ 950mAh (49% SoC), ທ່າອ່ຽງການປ່ຽນແປງເລີ່ມປາກົດແຕກຕ່າງກັນ. ໃນເວລາທີ່ມັນມາ 1100mAh (56.4% SoC), ໄລຍະ LiC12 ພາຍໃຕ້ການຂະຫຍາຍທັງສອງຈະເລີ່ມສະແດງໃຫ້ເຫັນຊ່ອງຫວ່າງທີ່ສໍາຄັນ. ເມື່ອການສາກໄຟໃນອັດຕາຕ່ໍາຂອງ C/30, ການຫຼຸດລົງຂອງຂັ້ນຕອນຂອງ LiC12 ແມ່ນໄວຫຼາຍ, ແຕ່ການຫຼຸດລົງຂອງໄລຍະ LiC12 ໃນອັດຕາ C / 5 ແມ່ນຊ້າລົງຫຼາຍ; ນັ້ນແມ່ນ, ເງື່ອນໄຂ kinetic ຂອງການໃສ່ lithium ໃນ electrode ລົບໄດ້ deteriorate ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. , ດັ່ງນັ້ນ LiC12 intercalates lithium ເພີ່ມເຕີມເພື່ອສ້າງຄວາມໄວໄລຍະ LiC6 ຫຼຸດລົງ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ໄລຍະ LiC6 ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາໃນອັດຕາຕ່ໍາຂອງ C / 30 ແຕ່ຊ້າລົງຫຼາຍໃນອັດຕາ C / 5. ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໃນອັດຕາ C / 5, Li petite ຫຼາຍໄດ້ຖືກຝັງຢູ່ໃນໂຄງປະກອບການໄປເຊຍກັນຂອງ graphite, ແຕ່ສິ່ງທີ່ຫນ້າສົນໃຈແມ່ນວ່າຄວາມຈຸຂອງຫມໍ້ໄຟ (1520.5mAh) ໃນອັດຕາການສາກໄຟ C / 5 ແມ່ນສູງກວ່າທີ່ C. / 30 ອັດຕາຄ່າບໍລິການ. ພະລັງງານ (1503.5mAh) ແມ່ນສູງກວ່າ. Li ພິເສດທີ່ບໍ່ໄດ້ຝັງຢູ່ໃນ electrode graphite ລົບມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະ precipitated ເທິງຫນ້າດິນ graphite ໃນຮູບແບບຂອງ lithium ໂລຫະ. ຂະບວນການຢືນຫຼັງຈາກການສິ້ນສຸດຂອງການສາກໄຟຍັງພິສູດໄດ້ຈາກດ້ານຂ້າງ - ເລັກນ້ອຍ.

ຕົວເລກຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນໂຄງສ້າງໄລຍະຂອງ electrode graphite ລົບຫຼັງຈາກການສາກໄຟແລະຫຼັງຈາກຖືກປະໄວ້ 20 ຊົ່ວໂມງ. ໃນຕອນທ້າຍຂອງການສາກໄຟ, ໄລຍະຂອງ electrode graphite ລົບແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍພາຍໃຕ້ອັດຕາການສາກໄຟສອງ. ຢູ່ທີ່ C/5, ອັດຕາສ່ວນຂອງ LiC12 ໃນ graphite anode ແມ່ນສູງກວ່າ, ແລະອັດຕາສ່ວນຂອງ LiC6 ແມ່ນຕ່ໍາ, ແຕ່ຫຼັງຈາກຢືນເປັນເວລາ 20 ຊົ່ວໂມງ, ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງສອງໄດ້ກາຍເປັນຫນ້ອຍ.

ຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງໄລຍະຂອງ electrode graphite ລົບໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເກັບຮັກສາ 20h. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຕົວເລກວ່າເຖິງແມ່ນວ່າໄລຍະຂອງສອງ electrodes opposing ຍັງມີຄວາມແຕກຕ່າງຫຼາຍໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນ, ເມື່ອເວລາເກັບຮັກສາເພີ່ມຂຶ້ນ, ທັງສອງປະເພດຂອງການສາກໄຟຂອງ graphite anode ພາຍໃຕ້ການຂະຫຍາຍໄດ້ມີການປ່ຽນແປງຢ່າງໃກ້ຊິດ. LiC12 ສາມາດສືບຕໍ່ປ່ຽນເປັນ LiC6 ໃນຂະບວນການ shelving, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ Li ຈະສືບຕໍ່ຖືກຝັງຢູ່ໃນ graphite ໃນລະຫວ່າງການ shelving. ພາກສ່ວນນີ້ຂອງ Li ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະ lithium ໂລຫະ precipitated ດ້ານຂອງ electrode graphite ລົບຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ການວິເຄາະເພີ່ມເຕີມໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໃນຕອນທ້າຍຂອງການສາກໄຟໃນອັດຕາ C / 30, ລະດັບຂອງ intercalation lithium ຂອງ electrode graphite ລົບແມ່ນ 68%. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ລະດັບຂອງ intercalation lithium ເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 71% ຫຼັງຈາກ shelving, ເພີ່ມຂຶ້ນ 3%. ໃນຕອນທ້າຍຂອງການສາກໄຟໃນອັດຕາ C/5, ລະດັບການແຊກ lithium ຂອງ electrode graphite ລົບແມ່ນ 58%, ແຕ່ຫຼັງຈາກປະໄວ້ 20 ຊົ່ວໂມງ, ມັນເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 70%, ເພີ່ມຂຶ້ນທັງຫມົດ 12%.

ການຄົ້ນຄວ້າຂ້າງເທິງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໃນເວລາທີ່ການສາກໄຟຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ຄວາມອາດສາມາດຫມໍ້ໄຟຈະຫຼຸດລົງເນື່ອງຈາກການເສື່ອມສະພາບຂອງ kinetic ໄດ້. ມັນຍັງຈະ precipitate ໂລຫະ lithium ຢູ່ດ້ານຂອງ electrode ລົບເນື່ອງຈາກການຫຼຸດລົງຂອງອັດຕາການໃສ່ lithium graphite ໄດ້. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຫຼັງຈາກໄລຍະເວລາຂອງການເກັບຮັກສາ, ສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ lithium ໂລຫະນີ້ສາມາດຝັງຢູ່ໃນ graphite ອີກເທື່ອຫນຶ່ງ; ໃນການນໍາໃຊ້ຕົວຈິງ, ເວລາ shelf ມັກຈະສັ້ນ, ແລະບໍ່ມີການຮັບປະກັນວ່າ lithium ໂລຫະທັງຫມົດສາມາດໄດ້ຮັບການຝັງເຂົ້າໄປໃນ graphite ໄດ້ອີກເທື່ອຫນຶ່ງ, ສະນັ້ນມັນອາດຈະເຮັດໃຫ້ບາງ lithium ໂລຫະສືບຕໍ່ມີຢູ່ໃນ electrode ລົບ. ພື້ນຜິວຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມອາດສາມາດຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ແລະອາດຈະຜະລິດ lithium dendrites ທີ່ເປັນອັນຕະລາຍຕໍ່ຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion. ດັ່ງນັ້ນ, ພະຍາຍາມຫຼີກເວັ້ນການສາກໄຟຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ປະຈຸບັນຕ່ໍາ, ແລະຫຼັງຈາກການຕັ້ງຄ່າ, ຮັບປະກັນເວລາ shelf ພຽງພໍເພື່ອກໍາຈັດ lithium ໂລຫະໃນ electrode graphite ລົບ.

ບົດຄວາມນີ້ຕົ້ນຕໍແມ່ນຫມາຍເຖິງເອກະສານດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້. ບົດລາຍງານພຽງແຕ່ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອແນະນໍາແລະທົບທວນຄືນວຽກງານວິທະຍາສາດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, ການສອນໃນຫ້ອງຮຽນ, ແລະການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ. ບໍ່ແມ່ນສໍາລັບການນໍາໃຊ້ທາງການຄ້າ. ຖ້າທ່ານມີບັນຫາລິຂະສິດ, ກະລຸນາຕິດຕໍ່ຫາພວກເຮົາ.

1.ໃຫ້ຄະແນນຄວາມສາມາດຂອງວັດສະດຸ graphite ເປັນ electrodes ລົບໃນ lithium-ion capacitors,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar,JY Nerkar,AG Pandolfo

2. ການເຄືອບ lithium ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ສືບສວນໂດຍການຜ່ອນຄາຍແຮງດັນແລະການກະຈາຍຂອງ neutron ໃນ 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 in lithium-ion batteries at sub-ambient temperatures invested by in situ neutron diffraction, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgardberg Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles