Famoahana ny zava-miafina: fahaiza-manao super theoretical amin'ny bateria Lithium-Ion

Nahoana no misy ny bateria lithium super theoretical capacity

Ao amin'ny bateria lithium-ion (LIBs), maro ireo electrodes mifototra amin'ny oksizenina metaly no mampiseho ny fahafaha-mitahiry avo lenta mihoatra ny sandany ara-teorika. Na dia efa notaterina be aza io trangan-javatra io, ny rafitra fizikokimia fototra ao anatin'ireo akora ireo dia mbola saro-takarina ary mijanona ho resaka adihevitra.

mombamomba ny valiny

Vao haingana, ny Profesora Miao Guoxing avy ao amin'ny Oniversiten'i Waterloo, Kanada, ny Profesora Yu Guihua avy ao amin'ny Oniversiten'i Texas ao Austin, ary i Li Hongsen sy Li Qiang avy ao amin'ny Oniversite Qingdao dia niara-namoaka taratasy fikarohana momba ny akora voajanahary mitondra ny lohateny hoe "Fahafahana fitahirizana fanampiny amin'ny Ny bateria lithium-ion oksida metaly tetezamita navoakan'ny magnetometry in situ". Amin'ity asa ity, ny mpanoratra dia nampiasa ny fanaraha-maso magnetika ao amin'ny situ mba hampisehoana ny fisian'ny capacitance ambony amin'ny nanoparticles metaly ary ny elektrôna spin-polarized be dia be dia azo tehirizina ao amin'ny nanoparticles metaly efa nihena, izay mifanaraka amin'ny mekanika fiampangana spatial. Ho fanampin'izany, ny mekanika fiampangana spatial nambara dia azo itarina amin'ny fitambarana metaly tetezamita hafa, manome torolalana fototra amin'ny fananganana rafitra fitahirizana angovo mandroso.

Fihetseham-pikarohana

(1) Fe mahazatra dia nodinihina tamin'ny fampiasana ny teknika fanaraha-maso magnetika in-situ3O4/ Evolisiona ny rafitra elektronika ao anatin'ny bateria Li;

(2) manambara fa ny Fe3O4In ny / Li rafitra, ny ambonin'ny fiampangana fahaiza-manao no tena loharanon'ny fanampiny fahafahana;

(3) Ny rafitra capacitance ambonin'ny metaly nanoparticles dia azo itarina amin'ny karazana metaly tetezamita.

Torolàlana lahatsoratra sy lahatsoratra

1. Famaritana ara-drafitra sy fananana electrochemical

Monodisperse hollow Fe dia novolavolaina tamin'ny fomba mahazatra hydrothermal3O4Nanospheres, ary avy eo dia natao tamin'ny 100 mAg−1Charge sy fivoahana amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao (sary 1a), ny fahafahan'ny famoahana voalohany dia 1718 mAh g−1, 1370 mAhg amin'ny fanindroany sy fahatelo, tsirairay avy. 1Ary 1,364 mAhg−1, Mihoatra lavitra noho ny 926 mAhg−1The theory of expectations. Ny sarin'ny BF-STEM amin'ny vokatra mivoaka tanteraka (sary 1b-c) dia manondro fa taorian'ny fampihenana ny lithium, Fe3O4Ny nanospheres dia niova ho nanoparticles Fe kely kokoa mirefy 1 - 3 nm, miparitaka ao amin'ny foibe Li2O.

Mba hampisehoana ny fiovan'ny andriamby mandritra ny tsingerin'ny electrochemical, dia nisy curve magnetization taorian'ny fivoahana feno amin'ny 0.01 V dia azo (sary 1d), mampiseho ny fihetsika superparamagnetika noho ny fananganana nanoparticles.

Figure 1 (a) amin'ny 100 mAg−1Fe amin'ny bisikileta amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao3O4/ Ny fiampangana sy ny fivoahana tsy tapaka amin'ny bateria Li; (b) feno lithium Fe3O4Ny sary BF-STEM an'ny electrode; (c) ny fisian'ny Li ao amin'ny sary aggregate2High-resolution BF-STEM an'ny O sy Fe; (d) Fe3O4Ny fiolahana hysteresis amin'ny elektrôda alohan'ny (mainty) sy aorian'ny (manga), ary ny fiolahana Langevin amin'ny farany (volomparasy).

2. Fikarohana ara-potoana ny fivoarana ara-drafitra sy magnetika

Mba hampifangaroana ny electrochemistry amin'ny Fe3O4Of fiovana ara-drafitra sy magnetika mifandray amin'ny Fe3O4Ny Electrodes dia niharan'ny in situ X-ray diffraction (XRD) sy in situ andriamby fanaraha-maso. Fe amin'ny andiam-pandrefesana XRD mandritra ny fivoahana voalohany avy amin'ny volavolan-tsolika misokatra (OCV) mankany amin'ny 1.2V3O4Ny tampon'ny diffraction dia tsy niova be na ny hamafin'ny na ny toerana (sary 2a), izay manondro fa ny Fe3O4Only dia niaina ny fizotran'ny intercalation Li. Rehefa voampanga amin'ny 3V, ny Fe3O4Ny rafitra manohitra ny spinel dia mijanona ho tsy misy dikany, manoro hevitra fa ny dingana ao amin'ity varavarankelin'ny voltage ity dia tena azo averina. Ny fanaraha-maso magnetika in-situ fanampiny miaraka amin'ny fitsapana fiampangana tsy tapaka amin'izao fotoana izao dia natao mba hanadihadiana ny fivoaran'ny magnetization amin'ny fotoana tena izy (sary 2b).

Sary 2 Famaritana ny XRD in-situ sy ny fanaraha-maso magnetika.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Electrochemical charge-discharge curve ambanin'ny 3 T nampiharina sahan'andriamby ary mifanaraka amin'izany reversible in situ magnetic valinteny.

Mba hahazoana fahatakarana fototra bebe kokoa momba ity fizotry ny fiovam-po ity amin'ny resaka fiovan'ny magnetization, dia angonina amin'ny fotoana tena izy ny valin'ny andriamby ary ny tetezamita mifanaraka amin'izany miaraka amin'ny fanehoan-kevitra elektrômika (sary 3). Mazava be fa mandritra ny fivoahana voalohany, ny valin'ny magnetization ny electrodes dia tsy mitovy amin'ny tsingerina hafa noho ny Fe mandritra ny lithalization3O4 voalohany Noho ny fiovan'ny dingana tsy azo ovaina. Rehefa nidina ny mety ho 3V, ny Fe4O0.78Ny dingana antispinel dia niova ho misy Li3Ny kilasy FeO halite rafitra O, Fe4O2Ny dingana dia tsy azo averina aorian'ny fiampangana. Mifanaraka amin'izany, ny magnetization dia nidina haingana ho 3 μ b Fe-4. Rehefa nandeha ny lithialization, dia tsy nisy dingana vaovao niforona, ary nanomboka nihena ny hamafin'ny (0.482) sy (1) kilasy FeO diffraction tampon'isa. mitovy Fe200O220Tsy misy manan-danja XRD tampon'isa voatazona rehefa ny electrode liialized tanteraka (sary 3a). Mariho fa rehefa mivoaka ny electrode Fe4O3 avy amin'ny 3V ka hatramin'ny 4V, ny magnetization (avy amin'ny 0.78 μb Fe−0.45Nitombo ho 0.482 μbFe−1), Izany dia nomena ny fiovam-po avy amin'ny FeO ho Fe. Avy eo, amin'ny fiafaran'ny fivoahana dia nihena tsikelikely ho 1.266 μ B Fe-1 ny magnetization. Ity fikarohana ity dia manoro hevitra fa ny Fe1.132Nanoparticles metaly mihena tanteraka dia mety mbola mandray anjara amin'ny fihetsiketsehan'ny fitehirizana lithium, ka mampihena ny magnetization ny electrodes.

Figure 3 In situ ny fandinihana ny fifindran'ny dingana sy ny valin'ny andriamby. (b) Fe3O4In situ fandrefesana hery andriamby ny tsingerin'ny elektrôkimika / Li sela amin'ny sahan'andriamby ampiharina amin'ny 3 T.

3. Fe0 / Li2Surface capacitance ny rafitra O

Fe3O4Ny fiovan'ny magnetika amin'ny elektrôda dia mitranga amin'ny voltase ambany, izay mety hiteraka tanjaka elektrôkimika fanampiny, manolo-kevitra ny fisian'ireo mpitatitra fiampangana tsy hita ao anatin'ny sela. Mba hijerena ny mety ho rafitra fitahirizana lithium, Fe dia nodinihina tamin'ny alàlan'ny XPS, STEM ary ny spectrum3O4Electrodes magnetization tampon'isa amin'ny 0.01V, 0.45V ary 1.4V mba hamaritana ny loharanon'ny fiovan'ny magnetika. Ny valiny dia mampiseho fa ny fotoan'ny magnetika dia singa manan-danja iray misy fiantraikany amin'ny fiovan'ny magnetika, satria ny Fe0 / Li2 norefesina Ny Ms amin'ny rafitra O dia tsy misy fiantraikany amin'ny anisotropy magnetika sy ny fifandraisana interparticle.

Mba hahatakarana bebe kokoa ny Fe3O4Ny toetra kinetika ny electrodes amin'ny malefaka malefaka, cyclic voltammetry amin'ny tahan'ny scan samy hafa. Araka ny aseho amin'ny sary 4a, ny curve cyclic voltammograme rectangular dia miseho ao anatin'ny elanelan'ny voltase eo anelanelan'ny 0.01V sy 1V (sary 4a). Ny sary 4b dia mampiseho fa ny valin'ny capacitive Fe3O4A dia niseho tamin'ny electrode. Miaraka amin'ny valin'ny andriamby tena azo ovaina amin'ny fizotran'ny fiampangana sy ny fivoahana amin'izao fotoana izao (sary 4c), dia nihena avy amin'ny 1V ka hatramin'ny 0.01V ny magnetization ny electrode nandritra ny dingan'ny famoahana, ary nitombo indray nandritra ny dingan'ny fiampangana, izay manondro fa Fe0Of ny capacitor-tahaka. ny fanehoan-kevitra ambonin'ny dia tena azo averina.

Figure 4 electrochemical properties and in situ magnetic characterization in 0.011 V.(A) Ny cyclic voltammetric curve.(B) ny sanda b dia voafaritra amin'ny alalan'ny fifandraisana misy eo amin'ny tampon'isa ankehitriny sy ny tahan'ny scan; (c) ny fiovana azo averina amin'ny magnetization mifandraika amin'ny curve fiampangana-discharge eo ambanin'ny sahan'andriamby 5 T ampiharina.

Fe3O4 voalaza etsy ambony Ny elektrônika, ara-drafitra ary magnetika amin'ny electrodes dia manondro fa ny fahafahan'ny bateria fanampiny dia voafaritra amin'ny Fe0Ny capacitance ambonin'ny spin-polarized ny nanoparticles dia vokatry ny fiovan'ny magnetika miaraka aminy. Ny capacitance spin-polarized dia vokatry ny fanangonana fiampangana spin-polarized eo amin'ny interface ary afaka maneho valinteny andriamby mandritra ny fiampangana sy ny famoahana.to Fe3O4Ny electrode fototra, nandritra ny dingana voalohany, dia niparitaka tao amin'ny nanoparticles Li2Fine Fe ao amin'ny substrate O manana ny tahan'ny surface-to-volume ary mahatsapa ny hakitroky ny fanjakana amin'ny haavon'ny Fermi noho ny orbital d tena misy eo an-toerana. Araka ny modelin'i Maier momba ny fitehirizana fiampangana spatial, ny mpanoratra dia manolotra fa ny elektrôna be dia be dia azo tehirizina ao amin'ny tadin'ny metaly Fe nanoparticles, izay mety ho hita ao amin'ny Fe / Li2Creating spin-polarized surface capacitors ao amin'ny O nanocomposites ( Sary 5).

graph 5Fe/Li2A schematic fanehoana ny etỳ ambonin'ny capacitance ny spin-polarized elektronika eo amin'ny O-interface.(A) ny schematic kisary ny spin polarization fanjakana hakitroky ny ambonin'ny ferromagnetic poti metaly (alohan'ny sy aorian'ny fivoahana), mifanohitra amin'ny ny ankamaroan'ny spin polarization ny vy; (b) ny fananganana ny faritra fiampangana habakabaka ao amin'ny modelin'ny capacitor ambonin'ny lithium overstored.

Famintinana sy Outlook

TM / Li dia nohadihadiana tamin'ny alàlan'ny fanaraha-maso magnetic in-situ mandroso2Ny fivoaran'ny rafitra elektronika anatiny an'ny nanocomposite O mba hanambara ny loharanon'ny fitahirizana fanampiny ho an'ity bateria lithium-ion ity. Ny valiny dia mampiseho fa, na ao amin'ny rafitra sela modely Fe3O4/Li, ny nanopartikely Fe nihena electrochemically dia afaka mitahiry elektrôna spin-polarized be dia be, vokatry ny fahafahan'ny sela be loatra sy ny fiovan'ny magnetisma interfacial. Ny fanandramana dia nanamarina bebe kokoa ny CoO, NiO, ary FeF2Ary Fe2Ny fisian'ny capacitance toy izany ao amin'ny fitaovana N electrode dia manondro ny fisian'ny capacitance surface-polarized amin'ny nanoparticles metaly amin'ny batteries lithium ion ary mametraka ny fototra ho an'ny fampiharana an'ity rafitra fitahirizana spatial ity amin'ny fifindrana hafa. metaly mifototra amin'ny fitaovana electrode.

Rohy literatiora

Ny fahafaha-mitahiry fanampiny amin'ny batteries lithium-ion oxide metaly transition nambaran'ny magnetometry in situ (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Ny fiantraikan'ny raikipohy famolavolana wafer lithium electrode sy ny lesoka wafer electrode amin'ny fampisehoana

1. Lahatsoratra fototra momba ny famolavolana sarimihetsika Pole

Ny electrode bateria lithium dia coating misy poti-javatra, ampiharina amin'ny fluid metaly. Lithium Ion bateria electrode coating azo heverina ho toy ny fitaovana mitambatra, indrindra ahitana ampahany telo:

(1) Potika akora mavitrika;

(2) ny dingana constituent ny conductive mpandraharaha sy ny mpandraharaha (carbon adhesive dingana);

(3) Pore, fenoy ny electrolyte.

Ny fifandraisana volume amin'ny dingana tsirairay dia aseho toy izao:

Porosity + ampahany amin'ny habetsan'ny zavamananaina + ampahany amin'ny dingan'ny adhesive karbonika =1

Ny famolavolana ny famolavolana ny electrode bateria lithium dia tena zava-dehibe, ary ankehitriny ny fahalalana fototra momba ny famolavolana electrode bateria lithium dia nampidirina vetivety.

(1) Fahaizana teorika amin'ny fitaovana electrode Ny fahaiza-manaon'ny fitaovana electrode, izany hoe, ny fahafahan'ny ion lithium rehetra ao amin'ny akora tafiditra amin'ny fanehoan-kevitra elektrokimia, ny sandany dia kajy amin'ny alàlan'ny fika manaraka:

Ohatra, ny LiFePO4The molar mass dia 157.756 g / mol, ary ny fahaiza-manao teorika dia:

Io sanda kajy io dia ny fahaiza-manaon'ny gram teorika ihany. Mba hiantohana ny firafitry ny fitaovana azo averina, dia latsaky ny 1 ny fatran'ny fanesorana lithium ion, ary ny fahaiza-manaon'ny gram tena izy dia:

Ny fahaiza-manaon'ny grama tena izy = ny fahafahan'ny teorika amin'ny coefficient manala ny ion lithium

(2) Ny fahaiza-manaon'ny bateria sy ny hakitroky ny lafiny iray dia azo kajy amin'ny alalan'ity formula manaraka ity ny fahaiza-manaon'ny batterie: ny fahaiza-manaon'ny batterie = ny famenoana ny hatevin'ny etỳ ambonin'ny tanjaky ny akora mavitrika.

Anisan'izany, ny hakitroky ny ambonin'ny coating no fototra famolavolana parameter. Rehefa tsy miova ny hakitroky ny compaction, ny fitomboan'ny hakitroky ny coating dia midika fa mitombo ny hatevin'ny tsato-kazo, mitombo ny halaviran'ny fifindran'ny elektrôna, ary mitombo ny fanoherana elektronika, saingy voafetra ny haavony. Ao amin'ny takelaka electrode matevina, ny fitomboan'ny fifindran'ny impedance ny lithium ion ao amin'ny electrolyte no antony lehibe misy fiantraikany amin'ny toetran'ny ratio. Raha jerena ny porosity sy ny fihodinan'ny pore, ny halaviran'ny ion ao amin'ny pore dia im-betsaka noho ny hatevin'ny ravin-kazo.

(3) Ny tahan'ny taham-pahafahana miiba-positif N / P ny fahafaha-manao ratsy amin'ny fahafaha-manao tsara dia voafaritra toy izao:

N / P dia tokony ho lehibe kokoa noho ny 1.0, amin'ny ankapobeny 1.04 ~ 1.20, izay indrindra indrindra ao amin'ny fiarovana famolavolana, mba hisorohana ny ratsy lafiny Lithium Ion avy amin'ny rotsak'orana tsy misy fanekena loharano, famolavolana mba handinika ny dingana fahaiza-manao, toy ny coating fiviliana. Na izany aza, rehefa lehibe loatra ny N / P, dia ho very ny fahafahan'ny bateria tsy azo ovaina, ka mihena ny fahafahan'ny bateria ary mihena ny hakitroky ny angovo.

Ho an'ny anode lithium titanate, dia raisina ny endrika tafahoatra electrode tsara, ary ny fahafahan'ny bateria dia voafaritra amin'ny fahafahan'ny anode lithium titanate. Ny famolavolana tafahoatra tsara dia mahasoa amin'ny fanatsarana ny fahombiazan'ny mari-pana ambony amin'ny bateria: ny gazy avo lenta dia avy amin'ny electrode ratsy indrindra. Ao amin'ny famolavolana tafahoatra tsara dia ambany ny mety ho ratsy, ary mora kokoa ny mamorona sarimihetsika SEI eo amin'ny tontolon'ny lithium titanate.

(4) Ny hakitroky ny fametahana sy ny porosity ny coating Ao amin'ny dingan'ny famokarana, ny hakitroky ny fametahana coating amin'ny electrode bateria dia kajy amin'ny alàlan'ny formula manaraka. Raha jerena fa rehefa nanakodia ny takela-bato, ny foil metaly dia nitarina, ny hakitroky ny ambonin'ny coating aorian'ny-roller dia kajy amin'ny manaraka raikipohy.

Araka ny voalaza teo aloha, ny coating dia ahitana ny velona dingana ara-nofo, karbaona adhesive dingana sy ny mason-koditra, ary ny porosity dia azo kajy amin'ny manaraka equation.

Anisan'izany, ny eo ho eo hakitroky ny coating dia: Lithium bateria electrode dia karazana vovoka poti ny coating, satria ny vovoka poti ambonin'ny marokoroko, tsy ara-dalàna endrika, rehefa fanangonan-karena, poti eo amin'ny poti sy ny poti, ary ny sasany poti mihitsy manana triatra sy mason-tsivana, Noho izany, ny habetsaky ny vovoka ao anatin'izany ny habetsaky ny vovoka, ny pores eo anelanelan'ny poti-pofona sy ny poti-potika, noho izany, ny isan-karazany mifanaraka amin'ny hakitroky ny electrode coating sy ny fanehoana porosity. Ny hakitroky ny poti-pofona dia manondro ny habetsaky ny vovony isaky ny volume. Araka ny habetsaky ny vovoka, dia mizara ho telo karazana: tena hakitroky, poti hakitroky sy ny fanangonan-karena hakitroky. Ny hakitroky samihafa dia voafaritra toy izao manaraka izao:

1. Ny tena hakitroky dia manondro ny hakitroky azo avy amin'ny fizarana ny vovony faobe amin'ny boky (tena volume) tsy tafiditra ao anatiny sy ivelany banga ny poti. Izany hoe, ny hakitroky ny zavatra ihany no azo rehefa tsy tafiditra ao ny habetsahan'ny voids rehetra.
2. Ny hakitroky ny sombin-javatra dia manondro ny hakitroky ny poti azo amin'ny fizarana ny vovony faobe zaraina amin'ny habetsaky ny poti anisan'izany ny lavaka misokatra sy ny lavaka mihidy. Izany hoe, ny elanelana misy eo amin'ny poti-javatra, fa tsy ny pores tsara ao anatin'ny poti-javatra, ny hakitroky ny poti-javatra mihitsy.
3. Ny hakitroky ny fanangonam-bokatra, izany hoe ny hakitroky ny coating, dia manondro ny hakitroky azo avy amin'ny vovobony voazarazara amin'ny habetsaky ny coating noforonin'ny vovoka. Ny volume ampiasaina dia ahitana ny mason'ireo singa sy ny banga eo anelanelan'ireo singa.

Ho an'ny vovoka mitovy, tena hakitroky> hakitroky poti> hakitroky fonosana. Ny porosity ny vovoka dia ny tahan'ny pores ao amin'ny vovoka poti coating, izany hoe, ny tahan'ny ny habetsaky ny banga eo amin'ny vovoka poti sy ny pores ny poti amin'ny totalin'ny ny coating, izay matetika no aseho. ho isan-jato. Ny porosity amin'ny vovoka dia fananana feno mifandraika amin'ny morphologie poti, ny toetry ny tany, ny haben'ny poti ary ny fizarana habe. Ny porosity dia misy fiantraikany mivantana amin'ny fidiran'ny electrolyte sy lithium ion transmission. Amin'ny ankapobeny, ny lehibe kokoa ny porosity, ny mora kokoa ny electrolyte infiltration, ary ny haingana ny lithium ion fifindran'ny. Noho izany, ao amin'ny famolavolana ny lithium bateria, indraindray mba hamaritana ny porosity, matetika ampiasaina merkuri fomba fanerena, entona adsorption fomba, sns Azo azo ihany koa ny mampiasa ny hakitroky kajy. Ny porosity dia mety hisy fiantraikany hafa ihany koa rehefa mampiasa ny hakitroky samihafa amin'ny kajy. Raha ny hakitroky ny porosity ny zava-manan'aina, ny conductive mpandraharaha sy ny binder kajy amin'ny tena hakitroky, ny kajy porosity ahitana ny elanelana misy eo amin'ny poti sy ny banga ao anatin'ny poti. Raha ny porosity ny zava-manan'aina, conductive mpandraharaha sy ny binder kajy amin'ny poti density, ny porosity kajy dia ahitana ny elanelana misy eo amin'ny poti, fa tsy ny banga ao anatin'ny poti. Noho izany, ny haben'ny pore ny Lithium bateria electrode taratasy ihany koa multi-scale, amin'ny ankapobeny ny elanelana misy eo amin'ny poti dia ao amin'ny micron habeny, raha ny hantsana ao anatin'ny poti dia ao amin'ny nanometer ny sub-submicron ambaratonga. Amin'ny electrodes porous, ny fifandraisan'ny fananana fitaterana toy ny diffusivity mahomby sy ny conductivity dia azo aseho amin'ny alàlan'ny equation manaraka:

Raha ny D0 dia maneho ny tahan'ny diffusion intrinsic (fitondran-tena) amin'ny fitaovana, ε dia ny ampahany amin'ny ampahany amin'ny dingana mifanaraka amin'izany, ary ny τ dia ny curvature circuitous amin'ny dingana mifanaraka amin'izany. Ao amin'ny maodely homogeneous macroscopic, ny fifandraisana Bruggeman dia matetika ampiasaina, maka ny coefficient ɑ = 1.5 mba hanombanana ny positivity mahomby ny porous electrodes.

Ny electrolyte dia feno ao amin'ny pores ny porous electrodes, izay ny Lithium ions dia tarihina amin'ny alalan'ny electrolyte, ary ny conduction toetra ny Lithium ions mifandray akaiky amin'ny porosity. Ny lehibe kokoa ny porosity, ny avo kokoa ny ampahany ampahany amin'ny electrolyte dingana, ary ny lehibe kokoa ny mahomby conductivity ny lithium ion. Ao amin'ny takelaka electrode tsara, ny elektrôna dia mifindra amin'ny alàlan'ny dingana adhesive karbônina, ny ampahany amin'ny ampahany amin'ny dingana adhesive karbaona ary ny fivilian'ny dingana adhesive karbônina dia mamaritra mivantana ny conductivity mahomby amin'ny elektronika.

Mifanohitra ny porosity sy ny ampahany amin'ny dingan'ny adhesive karbônina, ary ny porosity lehibe dia tsy azo ihodivirana mankany amin'ny ampahany amin'ny ampahany amin'ny adhesive karbônina, noho izany, ny toetran'ny conduction mahomby amin'ny lithium ions sy elektronika dia mifanohitra ihany koa, araka ny aseho amin'ny sary 2 Rehefa mihena ny porosity dia mihena ny conductivity mahomby ion lithium ary mitombo ny conductivity mahomby elektronika. Ny fomba fampifandanjana ny roa dia tena zava-dehibe amin'ny famolavolana electrode.

Figure 2 Diagram schematic momba ny porosity sy ny lithium ion ary ny conductivity elektronika

2. Karazana sy fitiliana ny lesoka amin'ny tsato-kazo

 

Amin'izao fotoana izao, ao anatin'ny fiomanana amin'ny batterie batterie, dia mihamaro hatrany ny teknolojia fitadiavana an-tserasera, mba hamantarana tsara ny lesoka amin'ny famokarana vokatra, hanafoanana ny vokatra tsy mety, ary valiny ara-potoana amin'ny tsipika famokarana, fanitsiana mandeha ho azy na manual amin'ny famokarana. dingana, mba hampihenana ny taham-pahadisoana.

Ny teknôlôjian'ny fitiliana an-tserasera izay matetika ampiasaina amin'ny famokarana ravin-kazo dia ahitana ny fandrefesana toetran'ny slurry, ny fanaraha-maso ny kalitaon'ny tsato-kazo, ny fisavana ny refy sy ny sisa, ohatra: (1) ny metatra viscosity an-tserasera dia napetraka mivantana ao amin'ny tanky fitehirizana coating mba hamantarana ny rheological. toetran'ny slurry amin'ny fotoana tena izy, Andramo ny fahamarinan'ny slurry; (2) Mampiasa X-ray na β -ray ao amin'ny coating dingana, ny avo fandrefesana marina, Fa lehibe taratra, lafo ny fitaovana sy ny fikojakojana olana; (3) Ny teknolojia fandrefesana ny hatevin'ny laser an-tserasera dia ampiharina amin'ny fandrefesana ny hatevin'ny tsato-kazo, Ny fandrefesana marina dia mety hahatratra ± 1. 0 μm, Afaka mampiseho ihany koa ny fiovan'ny fiovan'ny hateviny sy ny hateviny amin'ny fotoana tena izy, Manamora ny traceability ny angon-drakitra ary famakafakana; (4) teknolojia fahitana CCD, Izany hoe, ny tsipika array CCD dia ampiasaina mba hijery ny zavatra refesina, Real-time sary fanodinana sy ny famakafakana ny kilema sokajy, Fantaro ny tsy manimba an-tserasera detection ny tsato-kazo ambonin'ny kilema.

Amin'ny maha fitaovana fanaraha-maso ny kalitao, ilaina ihany koa ny teknolojia fitiliana an-tserasera mba hahatakarana ny fifandraisan'ny lesoka sy ny fahombiazan'ny bateria, mba hamaritana ny fepetra mahafeno fepetra / tsy mahafeno fepetra ho an'ny vokatra semi-vita.

Ao amin'ny tapany farany, ny fomba vaovao momba ny teknôlôjian'ny tsikombakomba amin'ny batterie lithium-ion, ny teknôlôjian'ny thermal infrared ary ny fifandraisana misy eo amin'ireo lesoka samihafa ireo sy ny fahombiazan'ny electrochemical dia nampidirina vetivety.consult D. Mohanty Fandinihana lalina nataon'i Mohanty et al.

(1) Kilema mahazatra eo amin'ny sisin'ny ravin-kazo

Ny sary 3 dia mampiseho ny lesoka mahazatra eo amin'ny tontolon'ny electrode bateria lithium ion, miaraka amin'ny sary optika eo ankavia ary ny sary nalain'ny mpaka sary mafana eo ankavanana.

Sary 3 Ny lesoka mahazatra eo amin'ny sisin'ny andry: (a, b) valopy mivonto / mivondrona; (c, d) fitaovana mitete / lavaka; (e, f) metaly vahiny; (g, h) coating tsy mitovy

 

(A, b) mitongilana / mivondrona, mety hitranga ny kilema toy izany raha toa ka mihetsiketsika ny slurry na tsy miovaova ny hafainganam-pandehan'ny coating. Ny fitambaran'ny adhesive sy ny karbaona mainty conductive mpandraharaha dia mitarika ho amin'ny ambany afa-po ny mavitrika akora sy maivana ny polar takelaka.

 

(c, d) mitete / pinhole, ireo faritra misy tsininy ireo dia tsy voasarona ary matetika no vokarin'ny bubbles ao amin'ny slurry. Mampihena ny habetsaky ny fitaovana mavitrika izy ireo ary mampiharihary ny mpanangona amin'ny electrolyte, ka mampihena ny fahafahan'ny electrochemical.

 

(E, f) vatana vahiny vy, slurry na vy vatana vahiny nampidirina ao amin'ny fitaovana sy ny tontolo iainana, ary vy vatana vahiny mety hiteraka fahavoazana lehibe ho an'ny lithium bateria. Ny poti-by metaly lehibe dia manimba mivantana ny diaphragm, ka miteraka fifandimbiasana fohy eo amin'ny electrodes tsara sy ratsy, izay circuit fohy ara-batana. Ankoatra izany, rehefa afangaro amin'ny electrode tsara ny vatana vahiny vy, dia mitombo ny mety ho tsara rehefa avy mamaly, mamaha ny metaly, miparitaka amin'ny alalan'ny electrolyte, ary avy eo mitete amin'ny lafiny ratsy, ary farany puncture ny diaphragm, mamorona circuit fohy, izay fikorontanana fohy fandravana simika. Ny vatana vahiny metaly mahazatra indrindra ao amin'ny tranokalan'ny orinasa bateria dia Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, sns.

 

(g, h) uneven coating, toy ny slurry fampifangaroana dia tsy ampy, ny poti fineness dia mora mipoitra dian-kapoka rehefa lehibe ny poti, niteraka uneven coating, izay hisy fiantraikany ny tsy miovaova ny bateria fahafahana, ary na dia miseho tanteraka. tsy misy coating stripe, misy fiantraikany amin'ny fahafaha-manao sy ny fiarovana.

(2) Teknôlôjian'ny tsikombakomba amin'ny tsikombakomba amin'ny Pole chip Infrared (IR) dia ampiasaina hamantarana lesoka kely amin'ny electrodes maina izay mety hanimba ny fiasan'ny bateria lithium-ion. Mandritra ny fikarohana an-tserasera, raha hita ny tsy fahampian'ny electrode na ny loto, dia mariho eo amin'ny takelaka tsato-kazo, esory izany amin'ny dingana manaraka, ary avereno averina any amin'ny tsipika famokarana, ary amboary ny dingana amin'ny fotoana hanesorana ireo lesoka. Ny taratra infrarouge dia karazana onjam-peo elektromagnetika izay manana toetra mitovy amin'ny onjam-peo sy hazavana hita maso. Ny fitaovana elektronika manokana dia ampiasaina hamadihana ny fizarana mari-pana amin'ny endriky ny zavatra iray ho sary hita maso amin'ny mason'olombelona, ​​ary ny fampisehoana ny fitsinjarana ny mari-pana amin'ny zavatra iray amin'ny loko samihafa dia antsoina hoe teknolojia fakan-tsary thermal infrared. Ity fitaovana elektronika ity dia antsoina hoe imager thermal infrared. Ny zavatra rehetra mihoatra ny aotra tanteraka (-273 ℃) dia mamoaka taratra infrarouge.
Araka ny aseho ao amin'ny sary 4, ny infrared thermal approximator (IR Camera) dia mampiasa ny infrarouge detector sy ny Optical imaging tanjona mba hanaiky ny infrared taratra angovo fizarazarana lamina ny zavatra kendrena refesina sy hita taratra izany eo amin'ny photosensitive singa ny infrared detector mba hahazoana ny sary mafana infrarouge, izay mifanitsy amin'ny sehatry ny fizarana mafana amin'ny endriky ny zavatra. Rehefa misy lesoka eo amin'ny endriky ny zavatra iray dia miova ny mari-pana ao amin'ilay faritra. Noho izany, ity teknôlôjia ity dia azo ampiasaina ihany koa hamantarana ny lesoka amin'ny endriky ny zavatra, indrindra fa mety amin'ny lesoka sasany izay tsy azo avahana amin'ny fomba fitiliana optika. Rehefa hita amin'ny Internet ny electrode fanamainana ny batterie lithium ion, ny elektrôde electrode dia taratra voalohany amin'ny tselatra, miova ny mari-pana amin'ny tany, ary avy eo dia hita amin'ny alàlan'ny imager mafana ny mari-pana ambony. Ny sary fitsinjarana ny hafanana dia azo jerena, ary ny sary dia voahodina sy nodinihina amin'ny fotoana tena izy mba hamantarana ny lesoka amin'ny tany sy hanamarihana azy ireo ara-potoana.D. Mohanty Ny fandinihana dia nametraka sary mafana tao amin'ny fivoahan'ny lafaoro fanamainana coater mba hamantarana ny sarin'ny fitsinjarana ny mari-pana amin'ny elatra elektrôda.

Figure 5 (a) dia sarintany fizarana mari-pana amin'ny tampon'ny coating amin'ny takelaka tsato-kazo tsara NMC hitan'ny mpaka sary mafana, izay misy lesoka kely tsy azo avahana amin'ny maso mitanjaka. Ny curve fitsinjarana mari-pana mifanaraka amin'ny ampahan'ny lalana dia aseho amin'ny sisiny anatiny, miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana amin'ny teboka misy kilema. Ao amin'ny sary 5 (b), mitombo ny mari-pana eo an-toerana ao amin'ny boaty mifanaraka amin'izany, mifanaraka amin'ny lesoka amin'ny tampon'ny tsato-kazo. AVIAVY. 6 dia kisarisary fizarana mari-pana ambony amin'ny takelaka electrode ratsy mampiseho ny fisian'ny lesoka, izay ny fiakaran'ny mari-pana dia mifanitsy amin'ny bubble na aggregate, ary ny faritra mihena ny mari-pana dia mifanitsy amin'ny pinhole na mitete.

Sary 5 Fizarana mari-pana amin'ny tampon'ny takelaka electrode tsara

Sary 6 Fizarana mari-pana amin'ny elektrôda ratsy

 

Dia hita fa ny thermal imaging detection ny mari-pana fizarana dia fitaovana tsara amin'ny tsato-kazo famantarana ny kilema ambonin'ny, izay azo ampiasaina ho an'ny fanaraha-maso ny kalitaon'ny andry takelaka manufacturing.3. Ny fiantraikan'ny lesoka amin'ny tampon'ny tsato-kazo eo amin'ny fahombiazan'ny bateria

 

(1) Ny fiantraika amin'ny fahafahan'ny multiplier bateria sy ny fahombiazan'ny Coulomb

Ny sary 7 dia mampiseho ny curve misy fiantraikany amin'ny aggregate sy ny pinhole amin'ny fahafahan'ny multiplier bateria sy ny fahombiazan'ny coulen. Ny fitambarana dia afaka manatsara ny fahafahan'ny bateria, saingy mampihena ny fahombiazan'ny coulen. Ny pinhole dia mampihena ny fahafahan'ny bateria sy ny fahombiazan'ny Kulun, ary ny fahombiazan'ny Kulun dia mihena be amin'ny tahan'ny avo.

Figure 7 cathode aggregate sy pinhole vokany eo amin'ny bateria fahaiza-manao sy ny fahombiazan'ny isa 8 dia uneven coating, ary vy vatana vahiny Co sy Al amin'ny bateria fahaiza-manao sy ny vokatry ny fahombiazana curve, uneven coating mampihena ny bateria vondrona faobe fahafahana 10% - 20%, saingy nihena 60% ny fahafahan'ny bateria manontolo, izany dia mampiseho fa nihena be ny lanjan'ny fiainana ao amin'ny polar. Metal Co vatana vahiny nihena ny fahaiza-manao sy ny Coulomb fahombiazana, na dia amin'ny 2C sy 5C avo magnification, tsy misy fahaiza-manao mihitsy, izay mety ho noho ny fananganana ny metaly Co amin'ny electrochemical fanehoan-kevitra ny Lithium sy Lithium tafiditra, na mety ho ny metaly poti. voasakana ny diaphragm pore nahatonga ny micro short circuit.

Figure 8 Ny fiantraikan'ny electrode positive coating uneven sy metaly vahiny Co sy Al amin'ny fahafahan'ny multiplier batterie sy ny fahombiazan'ny coulen

Famintinana ny lesoka amin'ny takelaka cathode: Mampihena ny fahombiazan'ny Coulomb amin'ny bateria ny ate ao amin'ny coating sheet cathode. Ny pinhole amin'ny coating tsara dia mampihena ny fahombiazan'ny Coulomb, ka miteraka fahatsaran'ny multiplier mahantra, indrindra amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao. Ny coating heterogène dia nampiseho ny fahombiazan'ny fampitomboana. Ny loton'ny poti-metaly dia mety hiteraka fihodinana micro-fohy, ary noho izany dia mety hampihena be ny fahafahan'ny bateria.
Ny sary 9 dia mampiseho ny fiantraikan'ny takelaka foil leakage ratsy amin'ny fahafahan'ny multiplier sy ny fahombiazan'ny Kulun amin'ny bateria. Rehefa misy leakage eo amin'ny electrode ratsy, ny fahafahan'ny bateria dia nihena be, fa ny gram fahaiza-manao dia tsy miharihary, ary ny fiantraikany eo amin'ny Kulun fahombiazana dia tsy manan-danja.

 

Figure 9 Ny fiantraikan'ny electrode leakage foil strip amin'ny fahafahan'ny multiplier batterie sy ny fahombiazan'ny Kulun (2) Ny fiantraikany amin'ny fahombiazan'ny tsingerin'ny batterie Ny sary 10 dia vokatry ny fiantraikan'ny tsy fahampian'ny elektrôda amin'ny tsingerin'ny multiplier batterie. Ny vokatry ny influence dia fintinina toy izao manaraka izao:
Egregation: amin'ny 2C, ny tahan'ny fikojakojana ny 200 cycles dia 70% ary ny bateria misy kilema dia 12%, raha ao amin'ny cycle 5C, ny tahan'ny fikojakojana ny 200 cycles dia 50% ary ny bateria diso dia 14%.
Needlehole: ny fahafahana attenuation dia miharihary, fa tsy misy aggregate kilema attenuation haingana, ary ny tahan'ny fikojakojana ny 200 cycles 2C sy 5C dia 47% sy 40%, tsirairay avy.
Vatany vahiny metaly: ny fahafahan'ny vatana vahiny Co metal dia efa ho 0 aorian'ny tsingerina maromaro, ary mihena be ny fahafahan'ny vatan'ny vahiny 5C vy Al foil.
Leak strip: Ho an'ny faritra misy leakage mitovy, ny fahafahan'ny bateria amin'ny tsipika kely maromaro dia mihena haingana kokoa noho ny tsipika lehibe kokoa (47% ho an'ny tsingerina 200 amin'ny 5C) (7% ho an'ny tsingerina 200 amin'ny 5C). Izany dia manondro fa ny lehibe kokoa ny isan'ny dian-kapoka, ny lehibe kokoa ny fiantraikany eo amin'ny tsingerin'ny bateria.

Figure 10 Ny fiantraikan'ny tsy fahampian'ny elektrôla amin'ny tadin'ny sela

 

Ref.: [1] Fanombanana tsy manimba ny batterie faharoa misy lithium mifono slot-maty amin'ny alàlan'ny caliper laser in-line sy ny fomba thermographie IR [J].METODANA ANALYTICAL.2014, 6(3): 674-683.[2]Effet. ny lesoka amin'ny famokarana electrode amin'ny fahombiazan'ny electrochemical ny bateria lithium-ion: Fahafantarana ny loharanon'ny tsy fahombiazan'ny bateria [J]. Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.