نموذج فشل بطارية الليثيوم- يشرح ظاهرة تطور الليثيوم في أنود الجرافيت: الجزء الأول

01 Nov 2021

خلال الدورة الطويلة ، فإن القدرة العكسية لـ بطارية ليثيوم أيون سيستمر الانخفاض بسبب تقليل المواد الفعالة ، وترسيب الليثيوم المعدني ، والاستهلاك المستمر للكهارل ، وزيادة المقاومة الداخلية والهروب الحراري. من بينها ، ظاهرة تطور الليثيوم للقطب السالب من الجرافيت هي أهم سبب لتدهور قدرة البطارية وقصر الدائرة الداخلية.

مع الترويج على نطاق واسع لمركبات الطاقة الجديدة ، بطاريات الليثيوم أيون هي أهم نظام طاقة. بالإضافة إلى كثافة الطاقة ، فإن استقرار الدورة وسلامتها هما أيضًا مشكلتان رئيسيتان تحتاجان إلى التحسين العاجل لبطاريات الليثيوم أيون التجارية. يُعتقد عمومًا أن ظاهرة تطور الليثيوم ترجع إلى حقيقة أنه عندما يتم إقحام أيونات الليثيوم على القطب السالب للجرافيت ، يترسب جزء من مادة الليثيوم المعدنية الأولية على سطح الجرافيت بسبب القيود الحركية ، مما يؤدي إلى تكوين معدن غير متساوٍ من الليثيوم. طبقة. لن تتسبب طبقة الليثيوم المعدنية الموجودة على سطح الجرافيت في مخاطر خطيرة تتعلق بالسلامة فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى تفاقم نمو طبقة واجهة الإلكتروليت الصلبة ، مما يجعل الليثيوم النشط محتجزًا فيه ويصبح ليثيوم ميتًا ، غير قادر على المشاركة في دورة تقطيع الليثيوم اللاحقة. ، ويتم تقليل السعة بشكل كبير.

تُظهر نتائج البحث والاختبار المكونة من ثلاثة أقطاب كهربية أن إمكانات إدخال الليثيوم في القطب السالب للجرافيت ستنخفض مع زيادة معدل الشحن والتفريغ ، وستنخفض أخيرًا إلى أقل من احتمال ترسيب الليثيوم (0 V مقابل Li0 / Li +). ومع ذلك ، لا يمكن للخواص الحركية أن توضح بشكل كامل ظواهر تطور الليثيوم المختلفة على أنود الجرافيت. على سبيل المثال ، لا يعد الجهد أقل من 0 فولت شرطًا ضروريًا لتطور الليثيوم ، وفي ظل ظروف خاصة ، حتى إذا كان معدل الشحن والتفريغ أقل من 1.5 درجة مئوية ، فسيتم ملاحظة تطور الليثيوم على القطب السالب للجرافيت. لذلك ، قد يكون للعوامل الديناميكية الحرارية المهملة سابقًا تأثير حاسم على ظاهرة ترسيب الليثيوم.

سنقوم بمشاركة تفاصيل هذه الظاهرة معك في سلسلة من المقالات الفنية.

مقدمة

تعتقد الدراسات الحركية أنه مع زيادة معدل الشحن والتفريغ ، ستنخفض إمكانات إقحام الليثيوم لأنود الجرافيت إلى أقل من 0 فولت (مقابل Li0 / Li +) ، مما يتسبب في ترسب معدن الليثيوم. ومع ذلك ، هناك أيضًا تجارب لاحظت أنه عندما تكون الإمكانات أعلى من 0 فولت أو يكون معدل الشحن والتفريغ صغيرًا ، تحدث ظاهرة تطور الليثيوم أيضًا. يصعب تفسير ذلك من خلال علم الحركة ، لذا فإن العوامل الديناميكية الحرارية تعيد النظر في اعتبار الباحث.

سيؤدي التفاعل الطارد للحرارة وحرارة الجول المصاحبة لدورة الشحن والتفريغ إلى استمرار ارتفاع درجة الحرارة الداخلية للبطارية ، وتشكيل تدرج في درجة الحرارة داخل البطارية ، ثم تغيير إمكانات قطب التوازن لتفاعل الأكسدة والاختزال.

في الآونة الأخيرة ، توجد مجموعة Cui Yi في جامعة ستانفورد PNAS نشرت المجلة عنوان "تحت طلاء الليثيوم المحتمل على أنود الجرافيت الناتج عن عدم تجانس درجة الحرارة". أكد هذا العمل أن درجة الحرارة في التجانس داخل بطارية ليثيوم أيون ستسبب إمكانية تطور الليثيوم و تنحرف إمكانات إدخال الليثيوم لجزء القطب السالب من الجرافيت عن جهد قطب التوازن ، ومن ثم سيحدث ترسيب معدن الليثيوم عند جهد أعلى من 0 فولت (مقابل Li0 / Li +). ظاهرة تطور الليثيوم غير المحتملة الناتجة عن الديناميكا الحرارية تفسر العوامل جيدًا سبب ظهور أنودات الجرافيت أيضًا في تطور الليثيوم في ظل ظروف الشحن البطيئة.هذا العمل هو لفهم سلوك ترسب الليثيوم غير المتكافئ وإطالة عمر دورة أيون الليثيوم. توفير أساس نظري.

ويبرز البحوث

1. تم تجاهل العوامل الديناميكية الحرارية في ظاهرة تحليل الليثيوم من قبل الناس. درس هذا العمل السلوك غير الطبيعي لترسيب معدن الليثيوم من منظور الديناميكا الحرارية من خلال دراسة متعمقة لدرجة الحرارة في التجانس داخل البطارية.

2. يثبت هذا العمل أنه مع زيادة درجة الحرارة ، سيحدث تفاعل هطول الأمطار لمعدن الليثيوم في المنطقة المحلية من أنود الجرافيت عند جهد أعلى من 0 فولت (مقابل Li0 / Li +) ، ويتم تحليل أوضاع ترسيب الليثيوم المختلفة بعمق .

3. أجرى هذا العمل بحثًا متعمقًا حول الترسيب المحتمل لمعدن الليثيوم على أنودات الجرافيت من خلال التجارب والمحاكاة ، ولديه فهم أكثر شمولاً لظاهرة تطور الليثيوم. من المأمول أن يؤدي ذلك إلى تحسين تقنية الشحن السريع لبطارية الليثيوم أيون.

دليل رسومي

الشكل 1. بحث في قياس معامل درجة الحرارة

(أ) رسم تخطيطي لخلية التحليل الكهربائي من النوع H غير متساوي الحرارة المستخدمة لقياس معامل درجة الحرارة ؛

(ب) تباين جهد الدائرة المفتوحة (OCV) مع مرور الوقت في خلية التحليل الكهربائي من النوع H غير المتساوي الحرارة ، والقطب الكهربائي العامل والقطب الكهربي المضاد هما رقائق الليثيوم ؛

(ج) تباين جهد الدائرة المفتوحة (OCV) مع مرور الوقت في خلية التحليل الكهربائي من النوع H غير المتساوي الحرارة ، والقطب الكهربائي العامل والقطب الكهربي العداد كلاهما من الجرافيت ؛

(د) منحنيات تركيب ΔT و V لمعدن الليثيوم والجرافيت ؛

(هـ) رسم تخطيطي لتطور الليثيوم في منطقة درجات الحرارة المرتفعة على أنود الجرافيت في ظل توزيع درجات الحرارة غير المتكافئ ؛

(F) عندما تكون الإمكانات أعلى من 0 فولت (مقابل Li0 / Li +) ، يكون الرسم التخطيطي لآلية تطور الليثيوم على القطب السالب للجرافيت.

استنتاج:

لضمان التشغيل السلس لتطبيقك ، EverExceed يعمل مهندسو البحث والتطوير ليل نهار للبحث وتصميم أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا بطاريات فوسفات حديد الليثيوم مع معلمات الشحن والتفريغ المثالية التي تؤكد أطول دورة حياة متاحة للبطارية. لذا اختر EverExceed كعلامتك التجارية للحصول على الموثوقية الكاملة.

العلامات :