Misterioa ezagutaraztea: litio-ioizko piletan gaitasun super teorikoa
By hoppt
Zergatik existitzen den litiozko bateriak gaitasun super teorikoaren fenomenoa
Litio-ioizko piletan (LIB), trantsizio-metal oxidoetan oinarritutako elektrodo askok biltegiratze-ahalmen handia dute beren balio teorikotik haratago. Fenomeno hau oso zabalduta dagoen arren, material horien azpian dauden mekanismo fisikokimikoak iheskor jarraitzen dute eta eztabaidagai izaten jarraitzen dute.
Emaitzen profila
Duela gutxi, Kanadako Waterlooko Unibertsitateko Miao Guoxing irakasleak, Austineko Texasko Unibertsitateko Yu Guihua irakasleak eta Qingdao Unibertsitateko Li Hongsen eta Li Qiang-ek elkarrekin argitaratu zuten Nature Materials buruzko ikerketa-artikulua "Extra storage capacity in" izenburupean. trantsizio metal oxidoa litio-ioizko bateriak in situ magnetometriak agerian utzi ditu". Lan honetan, egileek in situ monitorizazio magnetikoa erabili zuten metalezko nanopartikulen gainazaleko kapazitate handia dagoela frogatzeko eta spin-polarizatutako elektroi kopuru handi bat dagoeneko murriztutako metalezko nanopartikuletan gorde daitekeela frogatzeko, karga espazialaren mekanismoarekin bat datorrena. Horrez gain, agerian dagoen karga espazialaren mekanismoa trantsizio metalezko beste konposatu batzuetara heda daiteke, energia biltegiratzeko sistema aurreratuak ezartzeko funtsezko gida emanez.
Ikerketaren puntu nagusiak
(1) Fe tipiko bat aztertu zen in situ monitorizazio magnetikoaren teknika erabiliz3O4/ Li bateriaren barruko egitura elektronikoaren bilakaera;
(2) agerian uzten du Fe3O4 / Li sisteman gainazaleko karga-ahalmena dela aparteko ahalmenaren iturri nagusia;
(3) Metal nanopartikulen gainazaleko kapazitate-mekanismoa trantsizio-metal konposatu sorta zabal batera heda daiteke.
Testu eta testu gida
- Egituraren karakterizazioa eta propietate elektrokimikoak
Fe monodisperso hutsa metodo hidrotermal konbentzionalen3O4Nanosferen bidez sintetizatu zen, eta, ondoren, 100 mAg-1-ko karga eta deskarga korronte-dentsitatean egin ziren (1a irudia), lehen deskarga-gaitasuna 1718 mAh g-1, 1370 mAhg bigarren eta hirugarren aldiz, hurrenez hurren. 1Eta 1,364 mAhg−1, 926 mAhg−1 Asko baino gehiago itxaropenen teoria. Erabat deskargatutako produktuaren BF-STEM irudiek (1b-c irudia) adierazten dute litioa murriztu ondoren, Fe3O4 nanosferak 1 - 3 nm inguru neurtzen zituzten Fe nanopartikula txikiagoetan bihurtu zirela, Li2O zentroan sakabanatuta.
Ziklo elektrokimikoan zehar magnetismoaren aldaketa frogatzeko, 0.01 V-ra deskargatu ondoren magnetizazio-kurba bat lortu da (1d irudia), nanopartikulen sorreraren ondoriozko portaera superparamagnetikoa erakutsiz.
1. irudia (a) 100 mAg-1Fe-tan txirrindularitzako korronte-dentsitatean3O4/ Li bateriaren korronte konstanteko karga eta deskarga-kurba; (b) guztiz litiozko Fe3O4 Elektrodoaren BF-STEM irudia; (c) Li-ren presentzia O eta Fe-ren BF-STEM irudietan 2 bereizmen handiko irudietan; (d) Fe3O4 Elektrodoaren histeresi-kurbak aurretik (beltza) eta ondoren (urdina), eta Langevin-en doitutako kurba (morea).
- Bilakaera estrukturalaren eta magnetikoaren denbora errealean hautematea
Elektrokimika Fe3O4Of-ekin loturiko aldaketa estruktural eta magnetikoekin konbinatzeko, Elektrodoek in situ X izpien difrakzioa (XRD) eta in situ monitorizazio magnetikoa jasan zituzten. Zirkuitu irekiko tentsiotik (OCV) 3V4O1.2rako hasierako deskargan XRD difrakzio-eredu batzuetan Fe Difrakzio-gailurrak ez ziren nabarmen aldatu ez intentsitatean ez posizioan (3a irudia), Fe4O2-k Li interkalazio-prozesua bakarrik bizi zuela adieraziz. 3V-ra kargatzen denean, Fe4O3The antiespinelaren egitura osorik mantentzen da, eta horrek tentsio-leiho honetako prozesua oso itzulgarria dela iradokitzen du. In situ monitorizazio magnetiko gehiago korronte konstanteko karga-deskarga probekin konbinatuta magnetizazioa denbora errealean nola eboluzionatzen den ikertzeko (3b irudia).
2. Irudia In situ XRD eta monitorizazio magnetikoaren ezaugarria.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4 Karga-deskarga elektrokimikoaren kurba aplikatutako 3 T-ko eremu magnetikoa eta dagokion erantzun magnetiko itzulgarria in situ.
Bihurketa prozesu hau magnetizazio-aldaketei dagokienez oinarrizkoago ulertzeko, erantzun magnetikoa denbora errealean jasotzen da eta dagokion fase-trantsizioa elektrokimikoki bultzatutako erreakzioekin batera (3. irudia). Nahiko argi dago lehenengo deskargan, Fe3O4Elektrodoen magnetizazio-erantzuna desberdina dela beste zikloetatik Fe-ren ondorioz, lehenengo litalizazioan3O4Fase-trantsizio itzulezina gertatzen dela eta. Potentziala 0.78V-ra jaitsi zenean, Fe3O4Antiespinelaren fasea Li2FeO klaseko halitearen egitura bihurtu zen, Fe3O4Fasea ezin da kargatu ondoren berreskuratu. Era berean, magnetizazioa azkar jaisten da 0.482 μ b Fe−1-ra. Litializazioa aurrera egin ahala, ez zen fase berririk sortu, eta (200) eta (220) klaseko FeO difrakzio gailurren intentsitatea ahultzen hasi zen. Fe3O4 berdina Ez dago XRD gailur esanguratsurik mantentzen elektrodoa guztiz liializatuta dagoenean (3a irudia). Kontuan izan Fe3O4 elektrodoa 0.78 V-tik 0.45 V-ra deskargatzen denean, magnetizazioa (0.482 μ b Fe-1-tik 1.266 μ bFe-1-ra handitu dela), FeO-tik Fe-rako bihurketa erreakzioari egotzi zaiola. Ondoren, deskargaren amaieran, magnetizazioa poliki-poliki 1.132 μ B Fe−1era jaitsi zen. Aurkikuntza honek iradokitzen du guztiz murriztutako Fe0Nanopartikulek litio biltegiratze erreakzioan parte har dezaketela, eta horrela elektrodoen magnetizazioa murrizten da.
3. Irudia Fase-trantsizioaren eta erantzun magnetikoaren in situ behaketak.（a）Fe3O4In situ XRD-mapa elektrodoaren lehen deskargan jasotakoa; (b) Fe3O4In situ / Li zelulen ziklo elektrokimikoen indar magnetikoa neurtzea 3 T-ko eremu magnetiko aplikatu batean.
- Fe0/Li2O sistemaren gainazaleko kapazitatea
Fe3O4 Elektrodoen aldaketa magnetikoak tentsio baxuetan gertatzen dira, eta, ziurrenik, gaitasun elektrokimiko gehigarri bat sortzen da, zelula barruan aurkitu gabeko karga-eramaileak daudela iradokitzen duena. Litio-biltegiratze-mekanismoa aztertzeko, Fe XPS, STEM eta errendimendu magnetikoaren espektroaren bidez aztertu zen 3V, 4V eta 0.01V-ko magnetizazio gailurren elektrodoen bidez, aldaketa magnetikoaren iturria zehazteko. Emaitzek erakusten dute momentu magnetikoa aldaketa magnetikoan eragiten duen funtsezko faktorea dela, zeren neurtutako Fe0.45/Li1.4O sistemako Ms-ek ez dute anisotropia magnetikoaren eta partikulen arteko akoplamenduaren eraginik.
Fe3O4 Elektrodoen propietate zinetikoak tentsio baxuan, voltametria ziklikoa eskaneatze-abiadura desberdinetan gehiago ulertzeko. 4a irudian ikusten den bezala, voltamogramoko kurba zikliko angeluzuzena 0.01V eta 1V arteko tentsio tartean agertzen da (4a irudia). 4b irudiak erakusten du Fe3O4A erantzun kapazitiboa elektrodoan gertatu zela. Korronte konstanteko karga- eta deskarga-prozesuaren erantzun magnetiko oso itzulgarriarekin (4c irudia), elektrodoaren magnetizazioa 1V-tik 0.01V-ra jaitsi zen deskarga-prozesuan, eta berriro handitu zen karga-prozesuan, Fe0Of kondentsadorearen antzekoa dela adieraziz. gainazaleko erreakzioa oso itzulgarria da.
4. irudia propietate elektrokimikoak eta in situ karakterizazio magnetikoa 0.011 V-tan.(A) Kurba voltametriko ziklikoa.(B) b balioa gailur-korrontearen eta eskaneatu-abiaduraren arteko korrelazioa erabiliz zehazten da; (c) magnetizazioaren aldaketa itzulgarria karga-deskarga kurbarekiko 5 T aplikatutako eremu magnetiko baten azpian.
Goian aipatutako Fe3O4 Elektrodoen ezaugarri elektrokimiko, egiturazko eta magnetikoek bateriaren edukiera gehigarria Fe0k zehazten duela adierazten dute. Spin-polarizatutako kapazitatea interfazean spin-polarizatutako karga metaketaren emaitza da eta karga eta deskargan zehar erantzun magnetikoa erakutsi dezake. Fe3O4Oinarrizko elektrodoa, lehen deskarga-prozesuan, O substratuan Li2Fine Fe nanopartikulatan barreiatu zen. azalera-bolumen erlazio handiak eta Fermi mailan egoera-dentsitate handia lortzen dute oso lokalizatutako d orbitalen ondorioz. Maierren karga espazialaren biltegiratze eredu teorikoaren arabera, egileek proposatzen dute elektroi kantitate handiak gorde daitezkeela Fe nanopartikulen spin-zatiketa-bandetan, Fe / Li2-n aurki daitezkeela O nanokonpositeetan spin-polarizatutako gainazaleko kondentsadoreak ( 5. irudia).
5Fe/Li2A grafikoa O-interfazean spin-polarizatutako elektroien gainazaleko kapazitatearen irudikapen eskematikoa.(A) metal ferromagnetikoen partikulen gainazaleko spin polarizazio egoeraren dentsitatearen diagrama eskematikoa (deskargatu aurretik eta ondoren), kontrakoa. burdinaren bulk spin polarizazioa; (b) espazio-karga-eskualdearen eraketa litio gainazaleko kondentsadorearen ereduan.
Laburpena eta Outlook
TM / Li in situ monitorizazio magnetiko aurreratuaren bidez ikertu zen2 O nanokonpositearen barne egitura elektronikoaren bilakaera litio-ioizko bateria honen biltegiratze-ahalmen gehigarriaren iturria agerian uzteko. Emaitzek erakusten dute, bai Fe3O4/Li ereduko zelula-sisteman, elektrokimikoki murriztutako Fe nanopartikulek spin-polarizatutako elektroi kantitate handiak gorde ditzaketela, eta ondorioz, zelula-ahalmen handiegia eta magnetismo interfacial nabarmen aldatuta daude. Esperimentuek gehiago balioztatu dituzte CoO, NiO eta FeF2Eta Fe2N elektrodoen materialean kapazitate hori egoteak metal nanopartikulen spin-polarizatutako gainazaleko kapazitatea dagoela adierazten du litio ioietako baterietan eta beste trantsizio batzuetan karga espazialaren biltegiratze mekanismo hau aplikatzeko oinarriak ezartzen ditu. metal konposatuetan oinarritutako elektrodo-materialak.
Literatura lotura
Biltegiratze-ahalmen gehigarria litio-ioizko trantsizio-metal oxidoetako baterietan in situ magnetometriak agerian utzitako (Nature Materials , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
Litio-elektrodoen obleen diseinuaren formulak eta elektrodoen obleen akatsek errendimenduan duten eragina
- Pole film diseinuaren fundazio artikulua
Litiozko bateriaren elektrodoa partikulaz osatutako estaldura da, metal-fluidoari berdin aplikatuta. Litio-ioizko bateriaren elektrodoen estaldura material konposatu gisa har daiteke, batez ere hiru zatiz osatuta:
(1) Substantzia aktiboaren partikulak;
(2) agente eroalearen eta agentearen osagai fasea (karbonozko itsasgarri fasea);
(3) Poroa, bete elektrolitoz.
Fase bakoitzaren bolumen-erlazioa honela adierazten da:
Porositatea + materia bizidun bolumen frakzioa + karbono itsasgarri fasea bolumen frakzio =1
Litiozko bateriaren elektrodoen diseinuaren diseinua oso garrantzitsua da, eta orain litiozko bateriaren elektrodoen diseinuaren oinarrizko ezagutza aurkezten da laburki.
(1) Elektrodo-materialaren ahalmen teorikoa Elektrodo-materialaren ahalmen teorikoa, hau da, erreakzio elektrokimikoan parte hartzen duten materialaren litio-ioi guztiek ematen duten ahalmena, bere balioa honako ekuazio honen bidez kalkulatzen da:
Adibidez, LiFePO4 masa molarra 157.756 g/mol da, eta bere gaitasun teorikoa hau da:
Kalkulatutako balio hori gramo-gaitasun teorikoa baino ez da. Materialaren egitura itzulgarria bermatzeko, litio-ioiaren benetako kentze koefizientea 1 baino txikiagoa da eta materialaren benetako gramo-ahalmena hau da:
Materialaren benetako gramo-ahalmena = litio-ioi deskonektatzeko koefizientearen ahalmen teorikoa
(2) Bateriaren diseinu-gaitasuna eta oso alde bakarreko dentsitatea Bateriaren diseinu-ahalmena formula honen bidez kalkula daiteke: bateria-diseinu-ahalmena = estaldura-azalera-dentsitatea material aktiboaren erlazioa material aktiboa gramo-edukiera polo-xafla estaldura-eremua
Horien artean, estalduraren gainazaleko dentsitatea diseinuaren parametro nagusia da. Trinkotze-dentsitatea aldatzen ez denean, estaldura gainazaleko dentsitatea handitzeak esan nahi du polo-xaflaren lodiera handitzen dela, elektroien transmisio-distantzia handitzen dela eta elektroien erresistentzia handitzen dela, baina igoera maila mugatua da. Elektrodoen xafla lodian, elektrolitoan litio ioien migrazio inpedantzia areagotzea da erlazioaren ezaugarriak eragiten dituen arrazoi nagusia. Porositatea eta poro bihurguneak kontuan hartuta, poroan ioien migrazio distantzia polo xaflaren lodiera baino askoz ere handiagoa da.
(3) Ahalmen negatibo-positiboaren erlazioa N / P gaitasun negatiboa eta gaitasun positiboa honela definitzen da:
N / P 1.0 baino handiagoa izan behar da, oro har 1.04 ~ 1.20, hau da, batez ere segurtasun-diseinuan, alde negatiboa litio-ioi onarpen iturririk gabe prezipitazioa saihesteko, prozesuaren ahalmena kontuan hartzeko diseinua, hala nola estaldura desbideratzea. Hala ere, N / P handiegia denean, bateriak ahalmen itzulezina galduko du, bateriaren edukiera baxua eta bateriaren energia dentsitatea txikiagoa izango delarik.
Litio titanatoaren anodorako, elektrodo positiboaren gehiegizko diseinua hartzen da, eta bateriaren edukiera litio titanatoaren anodoaren ahalmenaren arabera zehazten da. Gehiegizko diseinu positiboa bateriaren tenperatura altuko errendimendua hobetzeko lagungarria da: tenperatura altuko gasa elektrodo negatibotik dator batez ere. Gehiegizko diseinu positiboan, potentzial negatiboa baxua da, eta errazagoa da SEI filma osatzea litio titanatoaren gainazalean.
(4) Estalduraren trinkotze-dentsitatea eta porositatea Ekoizpen-prozesuan, bateria-elektrodoaren estaldura-dentsitate-dentsitatea honako formula honen bidez kalkulatzen da. Kontuan izanik polo-xafla ijezten denean, metalezko papera hedatzen dela, arrabolaren ondoren estalduraren gainazaleko dentsitatea honako formula honen bidez kalkulatzen da.
Lehen esan bezala, estaldura material biziaren fasea, karbono itsasgarri fasea eta poroa osatzen dute, eta porositatea hurrengo ekuazioaren bidez kalkula daiteke.
Horien artean, estalduraren batez besteko dentsitatea honako hau da: litiozko bateriaren elektrodoa estaldura hauts partikula mota bat da, hauts partikulen gainazala latza, forma irregularra, metaketa denean, partikulen eta partikulen arteko partikulak, eta partikula batzuk berak pitzadurak eta poroak dituzte, beraz, hautsaren bolumena hautsaren bolumena barne, hauts partikulen eta partikulen arteko poroak, beraz, elektrodoen estaldura-dentsitatearen eta porositatearen irudikapenaren barietatea. Hauts partikulen dentsitatea hautsaren masari dagokio bolumen unitateko. Hautsaren bolumenaren arabera, hiru motatan banatzen da: benetako dentsitatea, partikulen dentsitatea eta metaketa dentsitatea. Dentsitate desberdinak honela definitzen dira:
- Egiazko dentsitatea hauts-masa bolumenarekin (bolumen erreala) zatitzean lortzen den dentsitateari dagokio, partikulen barneko eta kanpoko hutsuneak kenduta. Hau da, hutsune guztien bolumena baztertu ondoren lortutako materiaren beraren dentsitatea.
- Partikulen dentsitatea hauts-masa partikulen bolumenarekin zatituz lortzen den partikulen dentsitateari dagokio, zulo irekia eta zulo itxia barne. Hau da, partikulen arteko tartea, baina ez partikulen barruko poro finak, partikulen dentsitatea bera.
- Metaketa-dentsitatea, hau da, estaldura-dentsitatea, hautsak osatutako estalduraren bolumenarekin zatituta hauts-masak lortutako dentsitateari egiten dio erreferentzia. Erabilitako bolumenak partikulen beraren poroak eta partikulen arteko hutsuneak biltzen ditu.
Hauts bererako, benetako dentsitatea> partikulen dentsitatea> paketatze dentsitatea. Hautsaren porositatea hauts-partikulen estalduraren poroen erlazioa da, hau da, hauts partikulen eta partikulen poroen arteko hutsunearen bolumenaren proportzioa estalduraren bolumen osoaren eta normalean adierazten dena. ehuneko gisa. Hautsaren porositatea partikulen morfologiari, gainazaleko egoerari, partikulen tamainari eta partikulen tamainaren banaketari lotutako propietate integrala da. Bere porositateak elektrolitoaren eta litio ioien transmisioaren infiltrazioari eragiten dio zuzenean. Oro har, zenbat eta porositate handiagoa izan, orduan eta errazagoa da elektrolitoaren infiltrazioa eta orduan eta azkarragoa izango da litio ioiaren transmisioa. Hori dela eta, litiozko bateriaren diseinuan, batzuetan porositatea zehazteko, normalean erabiltzen den merkurioaren presio metodoa, gasa xurgatzeko metodoa, etab. Dentsitatearen kalkulua erabiliz ere lor daiteke. Porositateak inplikazio desberdinak izan ditzake kalkuluetarako dentsitate desberdinak erabiltzean. Substantzia biziaren, agente eroalearen eta lotzailearen porositatearen dentsitatea benetako dentsitatearen arabera kalkulatzen denean, kalkulatutako porositateak partikulen arteko tartea eta partikulen barruko hutsunea barne hartzen ditu. Substantzia bizidunaren, agente eroalearen eta aglutinatzailearen porositatea partikulen dentsitatearen arabera kalkulatzen denean, kalkulatutako porositateak partikulen arteko tartea barne hartzen du, baina ez partikulen barruko hutsunea. Hori dela eta, litiozko bateriaren elektrodoen xaflaren poro-tamaina ere eskala anitzekoa da, orokorrean partikulen arteko tartea mikra eskalako tamainakoa da, eta partikulen barruko hutsunea nanometro eta submicron eskalan dagoen bitartean. Elektrodo porotsuetan, difusibotasun eraginkorra eta eroankortasuna bezalako garraio-propietateen erlazioa ekuazio honen bidez adieraz daiteke:
D0 materialaren beraren difusio-abiadura intrintsekoa (eroalea) adierazten duen tokian, ε dagokion fasearen bolumen-frakzioa da, eta τ dagokion fasearen kurbadura zirkuitua. Eredu homogeneo makroskopikoan Bruggeman erlazioa erabiltzen da orokorrean, elektrodo porotsuen positibotasun eraginkorra kalkulatzeko ɑ =1.5 koefizientea hartuz.
Elektrolitoa elektrodo porotsuen poroetan betetzen da, eta horietan litio ioiak elektrolitoaren bidez eroaten dira, eta litio ioien kondukzio-ezaugarriak porositatearekin oso lotuta daude. Zenbat eta porositate handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da elektrolito-fasearen bolumen-frakzioa, eta orduan eta handiagoa izango da litio-ioien eroankortasun eraginkorra. Elektrodo positiboen xaflan, elektroiak karbono itsasgarri fasean zehar transmititzen dira, karbono itsasgarri fasearen bolumen zatiak eta karbono itsasgarri fasearen desbideratzeak elektroien eroankortasun eraginkorra zuzenean zehazten dute.
Karbonozko itsasgarri-fasearen porositatea eta bolumen-frakzioa kontrajarriak dira, eta porositate handiak ezinbestean karbono-itsasgarri-fasearen bolumen-frakziora eramaten du, beraz, litio-ioi eta elektroien eroantze-propietate eraginkorrak ere kontrajarriak dira, 2. Irudian erakusten den moduan. Porositatea murrizten den heinean, litio ioiaren eroankortasun eraginkorra txikiagotzen da elektroiaren eroankortasun eraginkorra handitzen den bitartean. Biak orekatzeko modua ere funtsezkoa da elektrodoen diseinuan.
2. Irudia Porositatearen eta litio ioiaren eta elektroiaren eroankortasunaren diagrama eskematikoa
2. Polen akatsen mota eta detekzioa
Gaur egun, bateria-polea prestatzeko prozesuan, gero eta lineako detekzio-teknologia gehiago hartzen dira, produktuen fabrikazio-akatsak modu eraginkorrean identifikatzea, produktu akastunak ezabatzeko eta ekoizpen-lerroari buruzko feedback puntuala, ekoizpenaren doikuntza automatikoak edo eskuzkoak. prozesua, akatsen tasa murrizteko.
Xaflaren fabrikazioan erabili ohi diren lineako detekzio-teknologiek minda ezaugarrien detekzioa, polo-xaflaren kalitatea detektatzea, dimentsioa detektatzea eta abar dira, adibidez: (1) lineako biskositate-neurgailua zuzenean instalatzen da estaldura biltegiratzeko deposituan erreologia detektatzeko. mindaren ezaugarriak denbora errealean, probatu mindaren egonkortasuna; (2) X izpiak edo β izpiak erabiliz estaldura-prozesuan, bere neurketa zehaztasun handia, baina erradiazio handia, ekipoen prezio altua eta mantentze-arazoak; (3) Laser lineako lodiera neurtzeko teknologia zutoinaren lodiera neurtzeko aplikatzen da, Neurketaren zehaztasuna ± 1. 0 μ m irits daiteke, neurtutako lodieraren eta lodieraren aldaketaren joera ere bistaratu dezake denbora errealean, Datuen trazabilitatea erraztu. eta analisia; (4) CCD ikusmen-teknologia, Hau da, lerro-array CCD erabiltzen da neurtutako objektua eskaneatzeko, Irudien denbora errealean prozesatzea eta akatsen kategorien azterketa, Konturatu polo-xafla gainazaleko akatsen online detekzio ez-suntsitzaileaz.
Kalitate-kontrolerako tresna gisa, lineako proba-teknologia ere ezinbestekoa da akatsen eta bateriaren errendimenduaren arteko korrelazioa ulertzeko, produktu erdilanduen irizpide sailkatuak/kalifikatuak zehazteko.
Azken zati honetan, litio-ioizko bateriaren gainazaleko akatsak detektatzeko metodo berria, irudi termiko infragorrien teknologia eta akats ezberdin horien eta errendimendu elektrokimikoen arteko erlazioa aurkezten dira labur.Kontsultatu D. Mohanty Mohanty et al-en azterketa sakona.
(1) Zutoin xafla gainazalean ohikoak diren akatsak
3. irudiak litio-ioizko bateriaren elektrodoaren gainazaleko akats arruntak erakusten ditu, ezkerrean irudi optikoa eta irudi termikoak eskuinaldean hartuta.
3. irudia Zutoin-xaflaren gainazalean ohikoak diren akatsak: (a, b) bulge-estalkia / agregatua; (c, d) erorketa materiala / zuloa; (e, f) metalezko gorputz arrotz; (g, h) estaldura irregularra
(A, b) gorakada / agregatua, akats horiek gerta daitezke minda uniformeki nahasten bada edo estaldura-abiadura ezegonkorra bada. Itsasgarrien eta karbono beltzaren agente eroaleen multzokatzeak osagai aktiboen eduki txikia eta pilulen pisu arina dakar.
(c, d) tanta / estenopea, eremu akastun hauek ez daude estalita eta normalean mindaren burbuilek sortzen dituzte. Material aktiboaren kantitatea murrizten dute eta kolektorea elektrolitoaren eraginpean jartzen dute, horrela gaitasun elektrokimikoa murriztuz.
(E, f) ekipoetan eta ingurunean sartutako metalezko gorputz arrotz, minda edo metal arrotz gorputzek eta metal arrotz gorputzek kalte handiak eragin ditzakete litiozko bateriei. Metal partikula handiek diafragma zuzenean ematen dute, elektrodo positiboen eta negatiboen artean zirkuitu laburra sortzen da, hau da, zirkuitu labur fisikoa. Horrez gain, metalezko gorputz arrotza elektrodo positiboan nahasten denean, potentzial positiboa handitu egiten da kargatu ondoren, metala konpontzen da, elektrolitoan zehar hedatzen da eta, ondoren, gainazal negatiboan hauspeatzen du eta azkenik diafragma zulatu, zirkuitu labur bat sortuz. disoluzio kimikoko zirkuitu laburra dena. Baterien fabrikako gunean metal arrotz gorputz ohikoenak Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etab.
(g, h) estaldura irregularra, hala nola minda nahastea ez da nahikoa, partikularen fintasuna marra agertzea erraza da partikula handia denean, estaldura irregularra eragiten duena, bateriaren edukieraren koherentzian eragina izango duena eta guztiz agertzea ere. estaldura-marrarik ez, edukieran eta segurtasunean eragina du.
(2) Pole txiparen gainazaleko akatsak detektatzeko teknologia Infragorriak (IR) irudi termikoen teknologia erabiltzen da litio-ioizko baterien errendimendua kaltetu dezaketen elektrodo lehorretan akats txikiak detektatzeko. Lineako detekzioan, elektrodo-akatsa edo kutsatzailea detektatzen bada, markatu polo-orrian, kendu ondorengo prozesuan eta eman ekoizpen-lerroari, eta egokitu prozesua akatsak ezabatzeko. Izpi infragorriak uhin elektromagnetiko mota bat da, irrati-uhinen eta argi ikusgaiaren izaera bera duena. Gailu elektroniko berezi bat objektu baten gainazaleko tenperatura-banaketa giza begiaren irudi ikusgai bihurtzeko erabiltzen da, eta objektu baten gainazaleko tenperatura-banaketa kolore ezberdinetan bistaratzeko, irudi termiko infragorrien teknologia deritzo. Gailu elektroniko honi irudi termiko infragorria deitzen zaio. Zero absolututik gorako objektu guztiek (-273 ℃) erradiazio infragorria igortzen dute.
4. Irudian ikusten den bezala, hurbilketa termiko infragorriak (IR Kamera) infragorrien detektagailua eta irudi optikoko helburua erabiltzen ditu neurtutako xede-objektuaren erradiazio infragorriaren energia banaketa eredua onartzeko eta infragorri detektagailuaren elementu fotosentsikorra islatzeko. irudi termiko infragorria, objektuaren gainazaleko banaketa termikoaren eremuari dagokiona. Objektu baten gainazalean akats bat dagoenean, tenperatura aldatu egiten da eremuan. Hori dela eta, teknologia hau objektuaren gainazaleko akatsak detektatzeko ere erabil daiteke, bereziki egokia detekzio optikoen bidez bereizi ezin diren zenbait akatsetarako. Litio-ioizko bateriaren lehortze-elektrodoa sarean detektatzen denean, elektrodo-elektrodoa flasharen bidez irradiatzen da lehenik, gainazaleko tenperatura aldatzen da eta, ondoren, gainazaleko tenperatura detektatzen da irudi termiko batekin. Beroaren banaketaren irudia bistaratzen da, eta irudia denbora errealean prozesatu eta aztertzen da gainazaleko akatsak detektatzeko eta denboran markatzeko.D. Mohanty Azterketak irudi termiko bat instalatu zuen estaldura lehortzeko labearen irteeran, elektrodo-xaflaren gainazaleko tenperatura-banaketaren irudia detektatzeko.
5. irudia (a) irudi termikoak detektatu duen NMC polo positiboko xaflaren estaldura-azaleko tenperatura-banaketa-mapa bat da, begi hutsez bereizi ezin den akats oso txiki bat daukana. Ibilbide-segmentuari dagokion tenperatura-banaketa-kurba barneko txertatuan agertzen da, akats-puntuan tenperatura-puntu batekin. 5 (b) irudian, tenperatura lokalean handitzen da dagokion laukian, polo-xafla gainazaleko akatsari dagokiona. IRUDIA. 6 akatsen existentzia erakusten duen elektrodo negatiboko xaflaren gainazaleko tenperaturaren banaketa diagrama bat da, non tenperatura igoeraren gailurra burbuila edo agregatuari dagokio, eta tenperatura jaistearen eremua zuloari edo tantoari dagokio.
5. Irudia Elektrodo positiboaren xafla gainazalaren tenperatura-banaketa
6. Irudia Elektrodo negatiboen gainazaleko tenperatura-banaketa
Tenperatura banaketaren irudi termikoko detekzioa polo-xafla gainazaleko akatsak hautemateko bide ona dela ikus daiteke, xaflaren fabrikazioaren kalitate-kontrolerako erabil daitekeena.3. Polo-xafla gainazaleko akatsek bateriaren errendimenduan duten eragina
(1) Baterien biderkagailuaren ahalmenean eta Coulomben eraginkortasunean eragina
7. irudiak agregatuaren eta zuloaren eragin-kurba erakusten du bateriaren biderkagailuaren ahalmenean eta coulen eraginkortasunean. Agregatuak benetan hobetu dezake bateriaren edukiera, baina coulen eraginkortasuna murrizten du. Zuloak bateriaren edukiera eta Kulun eraginkortasuna murrizten ditu, eta Kulun eraginkortasuna asko murrizten da abiadura handian.
7. irudia katodoaren agregatua eta estenopearen efektua bateriaren edukieran eta 8. irudiaren eraginkortasuna estaldura irregularra da, eta metalezko gorputz arrotz Co eta Al bateriaren edukieran eta eraginkortasun kurbaren eragina, estaldura irregularra bateria-unitatearen masa-gaitasuna % 10 murrizten du - % 20, baina bateriaren edukiera osoa % 60 gutxitu zen, horrek erakusten du pieza polarrean bizi den masa nabarmen murriztu zela. Metal Co gorputz arrotza ahalmena eta Coulomb-en eraginkortasuna murrizten du, 2C eta 5C handitze handian ere, gaitasunik ez, litio eta litio txertatutako erreakzio elektrokimikoan Co metalaren eraketaren ondorioz izan daiteke, edo metal partikulak izan daitezke. diafragmaren poroak blokeatu zituen mikro zirkuitu laburrak eragin zituen.
8. Irudia Elektrodo positiboen estaldura irregularrak eta Co eta Al metalezko gorputz arrotzen ondorioak bateriaren biderkatzailearen ahalmenean eta coulen eraginkortasunean
Katodo xafla akatsen laburpena: katodo xafla estalduran ateak bateriaren Coulomb eraginkortasuna murrizten du. Estaldura positiboaren zuloak Coulomben eraginkortasuna murrizten du, biderkatzaileen errendimendu eskasa eragiten du, batez ere korronte dentsitate handian. Estaldura heterogeneoak handitze-errendimendu eskasa erakutsi zuen. Metalezko partikula kutsatzaileek mikro-zirkuitu laburrak eragin ditzakete, eta, beraz, bateriaren edukiera asko murrizten dute.
9. irudiak isurketa negatiboko paper-zerrendak bateriaren biderkatzailearen ahalmenean eta Kulun eraginkortasunean duen eragina erakusten du. Elektrodo negatiboan ihesa gertatzen denean, bateriaren ahalmena nabarmen murrizten da, baina gramoen edukiera ez da nabaria, eta Kulun-en eraginkortasunean eragina ez da nabarmena.
9. Irudia Elektrodoen isurketa negatiboko paper-bandaren eragina bateria biderkatzailearen ahalmenean eta Kulun-en eraginkortasunean (2) Baterien biderkatzailearen zikloaren errendimenduan eragina 10. Irudia elektrodoaren gainazaleko akatsak bateriaren biderkatzailearen zikloan duen eraginaren emaitza da. Eraginaren emaitzak honela laburbiltzen dira:
Egregazioa: 2C-n, 200 zikloko edukiera mantentze-tasa % 70 da eta bateria akastunaren % 12 da, 5C zikloan, berriz, 200 zikloko edukiera mantentze-tasa % 50 da eta bateria akastunaren % 14koa.
Needlehole: ahalmenaren murrizketa begi-bistakoa da, baina ez da akats agregatua murriztea azkarra da, eta 200C eta 2C 5 zikloen edukiera mantentze-tasa % 47 eta % 40 dira, hurrenez hurren.
Metalezko gorputz arrotz: metalezko Co gorputz arrotzaren ahalmena ia 0 da hainbat zikloren ondoren, eta metalezko gorputz arrotz Al paperaren 5C zikloko gaitasuna nabarmen murrizten da.
Ihes-zerrenda: ihes-eremu bererako, marra txikiago anitzen bateriaren edukiera marra handiago batek baino azkarrago jaisten da (% 47 200 ziklotan 5C-tan) (% 7 200 ziklotan 5C-tan). Horrek adierazten du zenbat eta marra kopurua handiagoa izan, orduan eta eragin handiagoa izango duela bateriaren zikloan.
10. Irudia Elektrodo-xaflaren gainazaleko akatsen eragina zelula-abiaduraren zikloan
Erref.: [1] Zirrikituzko trokelez estalitako litiozko bigarren mailako bateria-elektrodoen ebaluazio ez-suntsitzailea, lineako laser kalibrearen bidez eta IR termografia metodoen bidez [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Efektua. of electrodo manufacturing defects on electrochemical performance of litio-ioizko bateriei: Cognizance of the battery failure sources[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.
