لیتیوم دندریت به سادگی به این معنی است که وقتی مقدار لیتیوم جاسازی شده در گرافیت از حد تحمل آن فراتر رود، یون های لیتیوم اضافی با الکترون هایی که از الکترود منفی می آیند ترکیب می شوند و شروع به رسوب روی سطح الکترود منفی می کنند. در فرآیند شارژ مجدد باتری، ولتاژی از جهان خارج و مواد آند یون لیتیوم داخلی برای بیرون آمدن به محیط الکترولیت، الکترولیت یون لیتیوم نیز تحت شرایط اختلاف ولتاژ بین دنیای خارج به لایه کربن حرکت می کند. از آنجا که گرافیت یک کانال لایه ای است، لیتیوم لیتیوم با کربن وارد کانال می شود تا ترکیبات کربنی تشکیل دهد، ترکیبات بین لایه ای گرافیت LiCx (x=1~6) تشکیل می شود. واکنش الکتروشیمیایی روی آند باتری لیتیومی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

در این فرمول شما یک پارامتر دارید، تصویر، و اگر این دو را با هم جمع کنید، لیتیوم دندریت به دست می آید. در اینجا مفهومی وجود دارد که همه با آن آشنا هستند، ترکیبات بین لایه ای گرافیت. ترکیبات بین لایه‌ای گرافیت (به اختصار GIC) ترکیبات کریستالی هستند که در آن واکنش‌دهنده‌های غیر کربنی با روش‌های فیزیکی یا شیمیایی به لایه‌های گرافیت وارد می‌شوند تا با صفحات شبکه شش ضلعی کربن ترکیب شوند و در عین حال ساختار لایه‌ای گرافیت حفظ شود.

امکانات:

لیتیوم دندریت به طور کلی در محل تماس دیافراگم و قطب منفی رسوب می کند. دانش‌آموزانی که در از بین بردن باتری‌ها تجربه دارند، اغلب باید لایه‌ای از مواد خاکستری روی دیافراگم پیدا کنند. بله، لیتیوم است. لیتیوم دندریت فلز لیتیومی است که پس از دریافت الکترون یون لیتیوم تشکیل می شود. فلز لیتیوم دیگر نمی تواند یون لیتیوم را برای شرکت در واکنش شارژ و دشارژ باتری تشکیل دهد و در نتیجه ظرفیت باتری کاهش می یابد. لیتیوم دندریت از سطح الکترود منفی به سمت دیافراگم رشد می کند. اگر فلز لیتیوم به طور مداوم ته نشین شود، در نهایت دیافراگم را سوراخ کرده و باعث اتصال کوتاه باتری می شود و مشکلات ایمنی باتری را ایجاد می کند.

عوامل موثر:

عوامل اصلی موثر بر تشکیل لیتیوم دندریت عبارتند از زبری سطح آند، گرادیان غلظت یون لیتیوم و چگالی جریان و غیره. علاوه بر این، فیلم SEI، نوع الکترولیت، غلظت املاح و فاصله موثر بین مثبت و الکترودهای منفی همگی تأثیر خاصی بر تشکیل لیتیوم دندریت دارند.

1. زبری سطح منفی

زبری سطح الکترود منفی بر تشکیل لیتیوم دندریت تأثیر می گذارد و هر چه سطح زبرتر باشد برای تشکیل لیتیوم دندریت مساعدتر است. تشکیل لیتیوم دندریت شامل چهار محتوای اصلی از جمله الکتروشیمی، کریستولوژی، ترمودینامیک و سینتیک است که در مقاله دیوید R. Ely به تفصیل توضیح داده شده است.

2. گرادیان و توزیع غلظت یون لیتیوم

پس از فرار از ماده مثبت، یون های لیتیوم از الکترولیت و غشاء عبور می کنند تا الکترون ها را در الکترود منفی دریافت کنند. در طول فرآیند شارژ، غلظت یون های لیتیوم در الکترود مثبت به تدریج افزایش می یابد، در حالی که غلظت یون های لیتیوم در الکترود منفی به دلیل پذیرش مداوم الکترون ها کاهش می یابد. در محلول رقیق با چگالی جریان بالا، غلظت یون صفر می شود. مدل ایجاد شده توسط Chazalviel و Chazalviel نشان می‌دهد که وقتی غلظت یون به صفر کاهش می‌یابد، الکترود منفی یک بار فضایی محلی تشکیل می‌دهد و ساختار دندریتی را تشکیل می‌دهد. سرعت رشد ساختار دندریت با نرخ مهاجرت یون در الکترولیت برابر است.

3. چگالی جریان

در مقاله رشد دندریت در سیستم های لیتیوم/پلیمر، نویسنده معتقد است که نرخ رشد نوک دندریت لیتیوم ارتباط نزدیکی با چگالی جریان دارد، همانطور که در معادله زیر نشان داده شده است:

تصویر

اگر چگالی جریان کاهش یابد، رشد دندریت لیتیوم را می توان تا حدی به تأخیر انداخت، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:

تصویر

نحوه اجتناب:

مکانیسم تشکیل لیتیوم دندریت هنوز مشخص است، اما مدل‌های رشد مختلفی از فلز لیتیوم وجود دارد. با توجه به تشکیل و عوامل موثر بر دندریت لیتیوم، می توان از تشکیل لیتیم دندریت از جنبه های زیر جلوگیری کرد:

1. صافی سطح مواد آند را کنترل کنید.

2. اندازه ذرات منفی باید کوچکتر از شعاع ترمودینامیکی بحرانی باشد.

3. ترشوندگی رسوب الکتریکی را کنترل کنید.

4. پتانسیل آبکاری را کمتر از مقدار بحرانی محدود کنید. علاوه بر این، مکانیسم سنتی شارژ و دشارژ را می توان بهبود بخشید، به عنوان مثال، حالت پالس را می توان در نظر گرفت.

5. افزودنی های الکترولیت که رابط منفی الکترولیت را تثبیت می کنند، اضافه کنید

6. الکترولیت مایع را با ژل/الکترولیت جامد با قدرت بالا جایگزین کنید

7. لایه محافظ سطح آند لیتیوم با استحکام بالا را ایجاد کنید

در نهایت، دو سوال برای بحث در پایان مقاله باقی مانده است:

1. واکنش الکتروشیمیایی یون لیتیوم کجاست؟ یکی این است که یون های لیتیوم بر روی سطح گرافیت واکنش الکتروشیمیایی پس از انتقال جرم جامد، برای رسیدن به حالت اشباع. دوم، یون های لیتیوم از طریق مرزهای دانه های میکروکریستال های گرافیت به لایه های گرافیت مهاجرت می کنند و در گرافیت واکنش نشان می دهند.

2. آیا یون های لیتیوم با گرافیت واکنش می دهند و ترکیب کربن لیتیوم و لیتیوم دندریت را به صورت همزمان یا متوالی تشکیل می دهند؟

به بحث خوش آمدید، پیام بگذارید ~