By hoppt
Ang pagganap ng mga baterya ng lithium-ion ay lubos na naaapektuhan ng kanilang mga kinetic na katangian. Dahil ang Li+ ay kailangang ma-desolve muna kapag ito ay naka-embed sa graphite material, kailangan nitong kumonsumo ng isang tiyak na halaga ng enerhiya at hadlangan ang diffusion ng Li+ sa graphite. Sa kabaligtaran, kapag ang Li + ay inilabas mula sa materyal na grapayt patungo sa solusyon, ang proseso ng solvation ay unang magaganap, at ang proseso ng solvation ay hindi nangangailangan ng pagkonsumo ng enerhiya. Mabilis na maaalis ng Li+ ang graphite, na humahantong sa isang makabuluhang mas mahinang pagtanggap ng singil ng materyal na grapayt. Sa discharge acceptability .
Sa mababang temperatura, ang mga kinetic na katangian ng negatibong graphite electrode ay bumuti at lumala. Samakatuwid, ang electrochemical polarization ng negatibong elektrod ay makabuluhang pinatindi sa panahon ng proseso ng pagsingil, na madaling humantong sa pag-ulan ng metal na lithium sa ibabaw ng negatibong elektrod. Ang pananaliksik ni Christian von Lüders ng Technical University of Munich, Germany, ay nagpakita na sa -2°C, ang rate ng singil ay lumampas sa C/2, at ang halaga ng metal lithium precipitation ay tumaas nang malaki. Halimbawa, sa C/2 rate, ang halaga ng lithium plating sa magkasalungat na electrode surface ay tungkol sa buong charge. 5.5% ng kapasidad ngunit aabot sa 9% sa ilalim ng 1C magnification . Ang precipitated metallic lithium ay maaaring umunlad pa at sa kalaunan ay magiging mga lithium dendrite, na tumutusok sa diaphragm at nagiging sanhi ng short-circuiting ng positibo at negatibong mga electrodes. Samakatuwid, ito ay kinakailangan upang maiwasan ang singilin ang lithium-ion na baterya sa mababang temperatura hangga't maaari. Kapag kailangan nitong i-charge ang baterya sa mababang temperatura, mahalagang pumili ng isang maliit na kasalukuyang upang ma-charge ang baterya ng lithium-ion hangga't maaari at ganap na iimbak ang baterya ng lithium-ion pagkatapos mag-charge upang matiyak na Namuo ang metallic lithium mula sa negatibong electrode maaaring tumugon sa graphite at muling naka-embed sa negatibong graphite electrode.
Veronika Zinth at iba pa ng Technical University of Munich ay gumamit ng neutron diffraction at iba pang mga pamamaraan upang pag-aralan ang pag-uugali ng lithium evolution ng mga baterya ng lithium-ion sa mababang temperatura na -20°C . Ang neutron diffraction ay isang bagong paraan ng pagtuklas sa mga nakaraang taon. Kung ikukumpara sa XRD, ang neutron diffraction ay mas sensitibo sa mga light elements (Li, O, N, atbp.), kaya ito ay napaka-angkop para sa hindi mapanirang pagsubok ng mga baterya ng lithium-ion.
Sa eksperimento, ginamit ng VeronikaZinth ang NMC111/graphite 18650 na baterya upang pag-aralan ang pag-uugali ng lithium evolution ng mga baterya ng lithium-ion sa mababang temperatura. Ang baterya ay sinisingil at na-discharge sa panahon ng pagsubok ayon sa prosesong ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ipinapakita ng sumusunod na figure ang pagbabago ng phase ng negatibong electrode sa ilalim ng iba't ibang SoC sa ikalawang cycle ng pag-charge sa C/30 rate charging. Mukhang sa 30.9% SoC, ang mga phase ng negatibong elektrod ay pangunahing LiC12, Li1-XC18, at isang maliit na halaga ng LiC6 Composition; pagkatapos lumampas ang SoC sa 46%, patuloy na bumababa ang diffraction intensity ng LiC12, habang patuloy na tumataas ang kapangyarihan ng LiC6. Gayunpaman, kahit na matapos ang huling pagsingil, dahil 1503mAh lamang ang sinisingil sa mababang temperatura (ang kapasidad ay 1950mAh sa temperatura ng silid), ang LiC12 ay umiiral sa negatibong elektrod. Ipagpalagay na ang charging current ay nabawasan sa C/100. Sa kasong iyon, ang baterya ay maaari pa ring makakuha ng kapasidad na 1950mAh sa mababang temperatura, na nagpapahiwatig na ang pagbaba sa kapangyarihan ng mga baterya ng lithium-ion sa mababang temperatura ay higit sa lahat dahil sa pagkasira ng mga kinetic na kondisyon.
Ipinapakita ng figure sa ibaba ang pagbabago ng phase ng graphite sa negatibong electrode habang nagcha-charge ayon sa C/5 rate sa mababang temperatura na -20°C. Nakikita nito na ang pagbabago ng bahagi ng graphite ay makabuluhang naiiba kumpara sa C/30 rate charging. Makikita mula sa figure na kapag ang SoC>40%, ang lakas ng phase ng baterya na LiC12 sa ilalim ng rate ng pagsingil ng C/5 ay mas mabagal, at ang pagtaas ng lakas ng phase ng LiC6 ay mas mahina rin kaysa sa C/30. rate ng singil. Ipinapakita nito na sa medyo mataas na rate ng C/5, mas mababa ang LiC12 na patuloy na nag-intercalate ng lithium at na-convert sa LiC6.
Inihahambing ng figure sa ibaba ang mga pagbabago sa phase ng negatibong graphite electrode kapag nagcha-charge sa mga rate ng C/30 at C/5, ayon sa pagkakabanggit. Ipinapakita ng figure na para sa dalawang magkaibang rate ng pagsingil, ang lithium-poor phase na Li1-XC18 ay halos magkapareho. Ang pagkakaiba ay pangunahing makikita sa dalawang yugto ng LiC12 at LiC6. Makikita mula sa figure na ang takbo ng pagbabago ng bahagi sa negatibong elektrod ay medyo malapit sa paunang yugto ng pagsingil sa ilalim ng dalawang rate ng singil. Para sa LiC12 phase, kapag ang kapasidad ng pag-charge ay umabot sa 950mAh (49% SoC), magsisimulang mag-iba ang pagbabago ng trend. Pagdating sa 1100mAh (56.4% SoC), ang LiC12 phase sa ilalim ng dalawang magnification ay nagsisimulang magpakita ng malaking gap. Kapag nagcha-charge sa mababang rate ng C/30, ang pagbaba ng yugto ng LiC12 ay napakabilis, ngunit ang pagbaba ng yugto ng LiC12 sa antas ng C/5 ay mas mabagal; ibig sabihin, ang kinetic na kondisyon ng pagpasok ng lithium sa negatibong elektrod ay lumalala sa mababang temperatura. , Kaya na LiC12 karagdagang intercalates lithium upang makabuo ng LiC6 phase bilis nabawasan. Kasabay nito, ang LiC6 phase ay tumataas nang napakabilis sa mababang rate ng C/30 ngunit mas mabagal sa rate na C/5. Ipinapakita nito na sa C/5 rate, mas maliit na Li ang naka-embed sa kristal na istraktura ng graphite, ngunit ang kawili-wili ay mas mataas ang charge capacity ng baterya (1520.5mAh) sa C/5 charge rate kaysa doon sa C /30 na rate ng pagsingil. Ang kapangyarihan (1503.5mAh) ay mas mataas. Ang sobrang Li na hindi naka-embed sa negatibong graphite electrode ay malamang na mauna sa graphite surface sa anyo ng metallic lithium. Ang nakatayong proseso pagkatapos ng pagtatapos ng pagsingil ay nagpapatunay din nito mula sa gilid—medyo.
Ipinapakita ng sumusunod na figure ang phase structure ng negatibong graphite electrode pagkatapos mag-charge at pagkatapos na iwan sa loob ng 20 oras. Sa pagtatapos ng pagsingil, ang bahagi ng negatibong graphite electrode ay ibang-iba sa ilalim ng dalawang rate ng pagsingil. Sa C/5, ang ratio ng LiC12 sa graphite anode ay mas mataas, at ang porsyento ng LiC6 ay mas mababa, ngunit pagkatapos na tumayo ng 20 oras, ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawa ay naging minimal.
Ipinapakita ng figure sa ibaba ang pagbabago ng phase ng negatibong graphite electrode sa panahon ng 20h na proseso ng pag-iimbak. Nakikita nito mula sa figure na kahit na ang mga phase ng dalawang magkasalungat na electrodes ay magkakaiba pa rin sa simula, habang ang oras ng pag-iimbak ay tumataas, ang dalawang uri ng pag-charge Ang yugto ng graphite anode sa ilalim ng magnification ay nagbago nang napakalapit. Ang LiC12 ay maaaring patuloy na ma-convert sa LiC6 sa panahon ng proseso ng shelving, na nagpapahiwatig na ang Li ay patuloy na ma-embed sa graphite sa panahon ng proseso ng shelving. Ang bahaging ito ng Li ay malamang na metalikong lithium na namuo sa ibabaw ng negatibong graphite electrode sa mababang temperatura. Ang karagdagang pagsusuri ay nagpakita na sa pagtatapos ng pagsingil sa C/30 rate, ang antas ng lithium intercalation ng negatibong graphite electrode ay 68%. Gayunpaman, ang antas ng lithium intercalation ay tumaas sa 71% pagkatapos ng shelving, isang pagtaas ng 3%. Sa pagtatapos ng pagsingil sa C/5 rate, ang lithium insertion degree ng negatibong graphite electrode ay 58%, ngunit pagkatapos na maiwan sa loob ng 20 oras, tumaas ito sa 70%, isang kabuuang pagtaas ng 12%.
Ang pananaliksik sa itaas ay nagpapakita na kapag nagcha-charge sa mababang temperatura, ang kapasidad ng baterya ay bababa dahil sa pagkasira ng mga kinetic na kondisyon. Ito rin ay magpapaulan ng lithium metal sa ibabaw ng negatibong elektrod dahil sa pagbaba ng graphite lithium insertion rate. Gayunpaman, pagkatapos ng isang panahon ng pag-iimbak, Ang bahaging ito ng metal na lithium ay maaaring i-embed muli sa grapayt; sa aktwal na paggamit, ang oras ng istante ay madalas na maikli, at walang garantiya na ang lahat ng metal na lithium ay maaaring i-embed muli sa grapayt, kaya maaari itong maging sanhi ng ilang metalikong lithium na patuloy na umiral sa negatibong elektrod. Ang ibabaw ng baterya ng lithium-ion ay makakaapekto sa kapasidad ng baterya ng lithium-ion at maaaring makagawa ng mga lithium dendrite na nagsasapanganib sa kaligtasan ng baterya ng lithium-ion. Samakatuwid, subukang iwasang ma-charge ang lithium-ion na baterya sa mababang temperatura. Mababang kasalukuyang, at pagkatapos ng pagtatakda, tiyakin ang sapat na oras ng istante upang maalis ang metal lithium sa negatibong graphite electrode.
Ang artikulong ito ay pangunahing tumutukoy sa mga sumusunod na dokumento. Ginagamit lamang ang ulat upang ipakilala at suriin ang mga nauugnay na gawaing siyentipiko, pagtuturo sa silid-aralan, at siyentipikong pananaliksik. Hindi para sa komersyal na paggamit. Kung mayroon kang anumang mga isyu sa copyright, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin.
1. I-rate ang kakayahan ng mga graphite na materyales bilang mga negatibong electrodes sa mga lithium-ion capacitor, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar,AG Pandolfo
2.Lithium plating sa mga lithium-ion na baterya na sinisiyasat sa pamamagitan ng pagpapahinga ng boltahe at in situ neutron diffraction,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 sa mga lithium-ion na baterya sa mga sub-ambient na temperatura na sinisiyasat ng 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
tumugon sa loob ng 6 na oras, anumang mga katanungan ay malugod!
