Ho avy ny ririnina, jereo ny tranga fanadihadiana momba ny mari-pana ambany amin'ny bateria lithium-ion

Ny fahombiazan'ny bateria lithium-ion dia misy fiantraikany be amin'ny toetrany kinetika. Satria ny Li+ dia mila levona aloha rehefa tafiditra ao anatin'ny akora grafita, dia mila mandany angovo sasany izy ary manakana ny fiparitahan'ny Li+ ao anaty grafita. Mifanohitra amin'izany, rehefa navoaka ny Li + avy amin'ny fitaovana grafita ho any amin'ny vahaolana, ny fizotran'ny solvation dia hitranga aloha, ary ny fizotran'ny solvation dia tsy mitaky fanjifana angovo. Li+ dia afaka manala haingana ny graphite, izay mitarika ho amin'ny fanekena ny fiampangana mahantra kokoa ny fitaovana grafita. Ao amin'ny discharge acceptability.

Amin'ny hafanana ambany, ny toetra kinetika amin'ny electrode graphite ratsy dia nihatsara ary niharatsy. Noho izany, ny electrochemical polarization ny ratsy electrode no tena nihamafy nandritra ny mamaly dingana, izay afaka mora foana hitarika ho amin'ny rotsak'orana ny metaly Lithium ambonin'ny ny ratsy electrode. Ny fikarohana nataon'i Christian von Lüders ao amin'ny Oniversite Teknika any Munich, Alemaina, dia naneho fa amin'ny -2°C, dia mihoatra ny C/2 ny tahan'ny fiampangana, ary mitombo be ny habetsahan'ny rotsak'orana lithium metaly. Ohatra, amin'ny tahan'ny C / 2, ny habetsaky ny fametahana lithium eo amin'ny elektrôda mifanohitra dia manodidina ny fiampangana manontolo. 5.5% ny fahafaha-manao fa hahatratra 9% eo ambanin'ny 1C magnification. Ny lithium metaly mitete dia mety hivoatra bebe kokoa ary ho lasa dendrites lithium amin'ny farany, manindrona ny diaphragm ary miteraka fihodin'ny electrodes tsara sy ratsy. Noho izany, ilaina ny misoroka ny famandrihana ny bateria lithium-ion amin'ny hafanana ambany araka izay azo atao. Rehefa tsy maintsy mameno ny batterie amin'ny mari-pana ambany dia ilaina ny mifidy riandrano kely mba hamenoana ny bateria lithium-ion araka izay azo atao ary mitahiry tanteraka ny bateria lithium-ion aorian'ny famandrihana mba hahazoana antoka Ny lithium metaly dia nipoitra avy amin'ny electrode ratsy. dia afaka mihetsika amin'ny graphite ary averina ao amin'ny electrode graphite ratsy.

Veronika Zinth sy ny hafa ao amin'ny Oniversite Teknikan'i Munich dia nampiasa diffraction neutron sy fomba hafa hianarana ny fihetsiky ny evolisiona lithium amin'ny bateria lithium-ion amin'ny hafanana ambany -20 ° C. Ny diffraction neutron dia fomba fitiliana vaovao tato anatin'ny taona vitsivitsy. Raha ampitahaina amin'ny XRD, ny diffraction neutron dia mora kokoa amin'ny singa maivana (Li, O, N, sns.), Noho izany dia mety tsara amin'ny fitsapana tsy manimba ny bateria lithium-ion.

Tamin'ny andrana, VeronikaZinth dia nampiasa ny bateria NMC111/graphite 18650 handinihana ny fihetsiky ny evolisiona lithium amin'ny bateria lithium-ion amin'ny hafanana ambany. Ny bateria dia voampanga sy avoaka mandritra ny fitsapana araka ny dingana aseho amin'ny sary etsy ambany.

Ity sary manaraka ity dia mampiseho ny fiovan'ny dingana amin'ny electrode ratsy eo ambanin'ny SoC samihafa mandritra ny tsingerin'ny fiampangana faharoa amin'ny famandrihana C/30. Mety ho toa amin'ny 30.9% SoC, ny dingana amin'ny electrode négatif dia LiC12, Li1-XC18, ary kely ny LiC6 Composition; rehefa mihoatra ny 46% ny SoC, dia mihena hatrany ny hamafin'ny diffraction an'ny LiC12, raha mbola mitombo ny herin'ny LiC6. Na izany aza, na dia rehefa vita ny fiampangana farany, satria 1503mAh ihany no voampanga amin'ny mari-pana ambany (ny fahafahana dia 1950mAh amin'ny mari-pana efitra), LiC12 misy ao amin'ny electrode ratsy. Aoka hatao hoe nihena ho C/100 ny current chargeur. Amin'io tranga io, ny bateria dia mbola afaka mahazo tanjaka 1950mAh amin'ny mari-pana ambany, izay manondro fa ny fihenan'ny herin'ny bateria lithium-ion amin'ny hafanana ambany dia noho ny fahasimban'ny toe-javatra kinetika.

Ny sary eto ambany dia mampiseho ny fiovaovan'ny grafit amin'ny electrode ratsy mandritra ny famandrihana araka ny tahan'ny C / 5 amin'ny hafanana ambany -20 ° C. Hitany fa ny fiovan'ny dingana amin'ny grafit dia hafa tanteraka raha oharina amin'ny fiampangana ny tahan'ny C/30. Hita avy amin'ny tarehimarika fa rehefa SoC> 40%, ny tanjaky ny bateria LiC12 eo ambanin'ny taham-pivoarana C/5 dia mihena be, ary ny fitomboan'ny tanjaky ny dingana LiC6 dia malemy kokoa noho ny an'ny C/30. tahan'ny fiampangana. Mampiseho izany fa amin'ny tahan'ny C / 5 avo dia avo kokoa, ny LiC12 kely dia manohy intercalate lithium ary miova ho LiC6.

Ny tarehimarika etsy ambany dia mampitaha ny fiovan'ny dingana amin'ny electrode graphite ratsy rehefa mamaly amin'ny tahan'ny C / 30 sy C / 5. Ny tarehimarika dia mampiseho fa ho an'ny tahan'ny fiampangana roa samy hafa, ny Li1-XC18 tsy ampy lithium dia mitovy. Ny fahasamihafana dia hita taratra indrindra amin'ny dingana roa amin'ny LiC12 sy LiC6. Hita avy amin'ny sary fa ny fironan'ny fiovan'ny dingana ao amin'ny electrode ratsy dia somary akaiky amin'ny dingana voalohany amin'ny fiampangana eo ambanin'ny tahan'ny fiampangana roa. Ho an'ny dingana LiC12, rehefa mahatratra 950mAh (49% SoC) ny fahafahan'ny fiampangana dia manomboka miseho hafa ny fironana miova. Rehefa tonga ny 1100mAh (56.4% SoC), ny dingana LiC12 eo ambanin'ny fanamafisam-peo roa dia manomboka mampiseho elanelana lehibe. Rehefa manefa amin'ny tahan'ny C / 30 ambany dia haingana ny fihenan'ny dingana LiC12, fa ny fihenan'ny dingana LiC12 amin'ny tahan'ny C / 5 dia miadana kokoa; izany hoe, ny kinetic fepetra ny fampidirana lithium ao amin'ny ratsy electrode miharatsy amin'ny mari-pana ambany. , Noho izany LiC12 intercalates bebe kokoa lithium mba hiteraka LiC6 dingana ny hafainganam-pandeha nihena. Mifanaraka amin'izany, mitombo haingana ny dingana LiC6 amin'ny tahan'ny ambany C / 30 fa miadana kokoa amin'ny tahan'ny C / 5. Izany dia mampiseho fa amin'ny tahan'ny C / 5, Li kely kokoa no tafiditra ao amin'ny firafitry ny grafita kristaly, fa ny mahaliana dia ny fahafahan'ny batterie (1520.5mAh) amin'ny tahan'ny fiampangana C / 5 dia avo kokoa noho ny ao amin'ny C. /30 tahan'ny fiampangana. Ny hery (1503.5mAh) dia ambony kokoa. Ny Li fanampiny izay tsy tafiditra ao amin'ny electrode graphite ratsy dia azo inoana fa hidina eny amin'ny graphite amin'ny endrika lithium metaly. Ny dingana mijoro aorian'ny fiafaran'ny fiampangana dia manaporofo izany amin'ny lafiny iray - kely.

Ity sary manaraka ity dia mampiseho ny firafitry ny firafitry ny electrode graphite ratsy aorian'ny fiampangana sy rehefa navela nandritra ny 20 ora. Amin'ny fiafaran'ny fiampangana, ny dingan'ny electrode graphite ratsy dia tsy mitovy amin'ny tahan'ny fiampangana roa. Ao amin'ny C / 5, ny tahan'ny LiC12 ao amin'ny anode graphite dia ambony kokoa, ary ny isan-jaton'ny LiC6 dia ambany, fa rehefa nijoro nandritra ny 20 ora, dia nanjary kely ny fahasamihafana misy eo amin'ny roa.

Ny sary etsy ambany dia mampiseho ny fiovan'ny dingana amin'ny electrode graphite ratsy mandritra ny dingana fitahirizana 20h. Hita avy amin'ny sary fa na dia mbola tsy mitovy aza ny dingan'ny electrodes roa mifanohitra amin'ny voalohany, rehefa mitombo ny fotoana fitehirizana, ny karazana fiampangana roa Ny dingana amin'ny anode graphite eo ambanin'ny fampitomboana dia niova akaiky. Ny LiC12 dia azo ovaina ho LiC6 mandritra ny fizotry ny talantalana, izay manondro fa i Li dia mbola ho tafiditra ao anatin'ny graphite mandritra ny fizotry ny talantalana. Ity ampahany amin'ny Li ity dia azo inoana fa metaly lithium nipoitra tamin'ny elektrôda grafita ratsy amin'ny hafanana ambany. Ny fanadihadiana fanampiny dia mampiseho fa amin'ny fiafaran'ny fiampangana amin'ny tahan'ny C / 30, ny haavon'ny intercalation lithium amin'ny electrode graphite ratsy dia 68%. Na izany aza, ny haavon'ny intercalation lithium dia nitombo hatramin'ny 71% taorian'ny talantalana, nitombo 3%. Amin'ny fiafaran'ny fiampangana amin'ny tahan'ny C / 5 dia 58% ny mari-pahaizana fampidirana lithium amin'ny electrode graphite ratsy, fa rehefa nijanona nandritra ny 20 ora, dia nitombo ho 70% izany, nitombo 12%.

Ny fikarohana etsy ambony dia mampiseho fa rehefa mamaly amin'ny mari-pana ambany dia hihena ny fahafahan'ny bateria noho ny faharatsian'ny fepetra kinetika. Izy io koa dia hidina ny metaly lithium eo ambonin'ny elektrôda ratsy noho ny fihenan'ny tahan'ny fampidirana lithium grafit. Na izany aza, aorian'ny vanim-potoana fitehirizana, Ity ampahany amin'ny lithium metaly ity dia azo apetraka ao amin'ny graphite indray; Amin'ny fampiasana tena izy, matetika dia fohy ny fotoana fitahirizana, ary tsy misy antoka fa ny lithium metaly rehetra dia azo ampidirina ao amin'ny graphite indray, ka mety hahatonga ny lithium metaly hanohy ny fisian'ny electrode ratsy. Ny eny ambonin'ny bateria lithium-ion dia hisy fiantraikany amin'ny fahafahan'ny bateria lithium-ion ary mety hamokatra dendrite lithium izay mampidi-doza ny fiarovana ny bateria lithium-ion. Noho izany, andramo ny misoroka ny fiampangana ny bateria lithium-ion amin'ny hafanana ambany. Low amin'izao fotoana izao, ary aorian'ny fametrahana, miantoka ny fotoana fitehirizana ampy mba hanafoanana ny metaly lithium ao amin'ny electrode graphite ratsy.

Ity lahatsoratra ity dia miresaka momba ireo antontan-taratasy manaraka indrindra. Ny tatitra dia ampiasaina hampidirana sy hamerenana ny asa siantifika mifandraika amin'izany, fampianarana an-dakilasy ary fikarohana siantifika. Tsy natao ho an'ny fampiasana ara-barotra. Raha manana olana momba ny zon'ny mpamorona ianao dia aza misalasala mifandray aminay.

1.Ny tahan'ny fahaiza-manaon'ny fitaovana grafit ho toy ny electrodes ratsy amin'ny kapasitera lithium-ion, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. Lithium plating amin'ny lithium-ion bateria nodinihina tamin'ny alalan'ny voly relaxation sy 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 amin'ny lithium-ion bateria amin'ny sub-ambient mari-pana nohadihadiana 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