Tiocfaidh cadhnraí litiam i dtimpeallachtaí éagsúla le linn a n-úsáide. Sa gheimhreadh, is minic a bhíonn an teocht i dtuaisceart na Síne faoi bhun 0 ℃ nó fiú -10 ℃. Nuair a íslítear teocht luchtaithe agus urscaoilte na ceallraí faoi bhun 0 ℃, laghdóidh acmhainn luchtaithe agus urscaoilte agus voltas na ceallraí litiam go géar. Tá sé seo toisc go laghdaítear soghluaisteacht ian litiam i gcáithníní leictrilít, SEI agus graifít ag teocht íseal. Is cinnte go mbeidh deascadh miotal litiam le hachar dromchla ard sonrach mar thoradh ar a leithéid de thimpeallacht teocht íseal.

Tá deascadh litiam le hachar dromchla ard sonrach ar cheann de na cúiseanna is criticiúla le meicníocht teipe cadhnraí litiam, agus is fadhb thábhachtach í freisin maidir le sábháilteacht ceallraí. Tá sé seo toisc go bhfuil achar dromchla an-mhór aige, tá miotail litiam an-ghníomhach agus inadhainte, is beag litiam dendrite achar dromchla ard is féidir aer beag a dhó.

Le feabhas a chur ar chumas ceallraí, raon agus sciar an mhargaidh d’fheithiclí leictreacha, tá riachtanais sábháilteachta feithiclí leictreacha ag éirí níos déine. Cad iad na hathruithe i bhfeidhmíocht cadhnraí cumhachta ag teochtaí ísle? Cad is fiú na gnéithe slándála a thabhairt faoi deara?

Turgnamh timthriall crióigineach 1.18650 agus anailís dí-chomhthiomsú ceallraí

Samhlaíodh ceallraí 18650 (2.2A, NCM523 / córas graifíte) ag teocht íseal 0 ℃ faoi Mheicníocht urscaoilte muirir áirithe. Is é an mheicníocht luchtaithe agus urscaoilte: Is é 1C an muirearú CC-CV, an ráta muirir, is é an voltas scoite muirir ná 4.2V, is é 0.05c an sruth scoite muirir, ansin urscaoileadh CC go 2.75V. De réir mar a shainmhínítear SOH na ceallraí 70% -80% go ginearálta mar staid foirceanta (EOL) ceallraí. Dá bhrí sin, sa turgnamh seo, cuirtear deireadh leis an gceallraí nuair a bhíonn SOH na ceallraí 70%. Taispeántar cuar rothaíochta na ceallraí faoi na coinníollacha thuas i bhFíor 1 (a). Rinneadh anailís Li MAS NMR ar chuaillí agus scairtí na gcadhnraí a scaiptear agus nach scaiptear, agus taispeánadh na torthaí díláithrithe ceimiceacha i bhFíor 1 (b).

Fíor 1. Cuar timthriall cille agus anailís Li MAS NMR

Mhéadaigh acmhainn an timthrialla chrióigineach sa chéad chúpla timthriall, agus laghdú seasta ina dhiaidh sin, agus thit an SOH faoi bhun 70% i níos lú ná 50 timthriall. Tar éis an ceallraí a dhíchóimeáil, fuarthas amach go raibh sraith d’ábhar liath-airgid ar dhromchla an anóid, a glacadh leis gur miotail litiam a taisceadh ar dhromchla an ábhair anóid a scaiptear. Rinneadh anailís Li MAS NMR ar chadhnraí an dá ghrúpa comparáide turgnamhaí, agus dearbhaíodh na torthaí a thuilleadh i bhFíor B.

Tá buaic leathan ag 0ppm, rud a léiríonn go bhfuil litiam san SEI ag an am seo. Tar éis an timthrialla, feictear an dara buaic ag 255 PPM, a fhéadfar a fhoirmiú trí dheascadh miotail litiam ar dhromchla an ábhair anóid. Chun a dhearbhú tuilleadh an raibh dendrítí litiam le feiceáil i ndáiríre, breathnaíodh moirfeolaíocht SEM, agus taispeánadh na torthaí i bhFíor 2.

An pictiúr

Fíor 2. Torthaí anailíse SEM

Trí íomhánna A agus B a chur i gcomparáid lena chéile, is féidir a fheiceáil gur cruthaíodh ciseal tiubh d’ábhar in íomhá B, ach níor chlúdaigh an ciseal seo na cáithníní graifíte go hiomlán. Méadaíodh formhéadú an SEM a thuilleadh agus breathnaíodh an t-ábhar cosúil le snáthaid i bhFíor D, a d’fhéadfadh a bheith litiam le hachar dromchla ard sonrach (ar a dtugtar litiam dendrite freisin). Ina theannta sin, fásann an sil-leagan miotail litiam i dtreo an scairt, agus is féidir a thiús a urramú trína chur i gcomparáid le tiús na sraithe graifíte.

Braitheann foirm litiam taiscthe ar go leor fachtóirí. Den sórt sin mar neamhord dromchla, dlús reatha, stádas luchtaithe, teocht, breiseáin leictrilít, comhdhéanamh leictrilít, voltas feidhme agus mar sin de. Ina measc, is é cúrsaíocht teocht íseal agus dlús ard reatha an ceann is éasca de mhiotal litiam dlúth a fhoirmiú le hachar dromchla ard ar leith.

2. Anailís ar chobhsaíocht theirmeach leictreoid ceallraí

Úsáideadh TGA chun leictreoidí ceallraí neamh-chiorraithe agus iar-scaipthe a anailísiú, mar a thaispeántar i bhFíor 3.

An pictiúr

Fíor 3. Anailís TGA ar leictreoidí diúltacha agus dearfacha (A. Leictreoid dhiúltach B. Leictreoid dhearfach)

Mar is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr thuas, tá trí bhuaic thábhachtacha ag an leictreoid neamhúsáidte ag T≈260 ℃, 450 ℃ agus 725 ℃ faoi seach, rud a léiríonn go dtarlaíonn frithghníomhartha dianscaoilte foréigneacha, galú nó sublimation ag na suíomhanna seo. Mar sin féin, ba léir go raibh maischaillteanas an leictreoid ag 33 ℃ agus 200 ℃. Is é an t-imoibriú dianscaoilte ag teocht íseal is cúis le dianscaoileadh membrane SEI, ar ndóigh, a bhaineann le comhdhéanamh leictrilít agus le fachtóirí eile freisin. Mar thoradh ar deascadh miotal litiam a bhfuil achar dromchla sonrach ard aige cruthaítear líon mór scannán SEI ar dhromchla miotail litiam, agus is cúis é sin freisin le ollchaillteanas cadhnraí faoi thimthriall teocht íseal.

Ní fhéadfadh SEM aon athruithe a fheiceáil ar mhoirfeolaíocht an ábhair catóide tar éis an turgnaimh timthriallach, agus léirigh anailís TGA go raibh caillteanas ardchaighdeáin ann nuair a bhí an teocht os cionn 400 ℃. D’fhéadfadh laghdú ar litiam san ábhar catóide a bheith mar chúis leis an ollchaillteanas seo. Mar a thaispeántar i bhFíor 3 (b), agus an ceallraí ag dul in aois, laghdaíonn ábhar Li i leictreoid dhearfach NCM de réir a chéile. Is é mais-chaillteanas leictreoid dhearfach SOH100% ná 4.2%, agus is é 70% an leictreoid dearfach SOH5.9%. I bhfocal, méadaíonn ráta maise caillteanais leictreoidí dearfacha agus diúltacha tar éis an timthrialla chrióigineach.

3. Anailís ar aosú leictriceimiceach ar leictrilít

Rinne GC / MS anailís ar thionchar teocht íseal ar leictrilít ceallraí. Tógadh samplaí leictrilít ó chadhnraí neamh-bhainistithe agus d’aois faoi seach, agus taispeánadh torthaí anailíse GC / MS i bhFíor 4.

An pictiúr

Fíor 4.GC / Torthaí tástála FD-MS

Cuimsíonn leictrilít na ceallraí timthriall neamh-chrióigineach DMC, EC, PC, agus FEC, PS, agus SN mar admixtures chun feidhmíocht na ceallraí a fheabhsú. Laghdaítear an méid DMC, CE agus PC sa chill neamh-scaipthe agus sa chill a scaiptear, agus laghdaítear an breiseán SN sa leictrilít tar éis an chúrsaíochta (a chuireann cosc ​​ar dhianscaoileadh ocsaigine leachtach leictrealaíoch dearfach an leictreoid faoi ardvoltas) , mar sin is é an chúis atá leis ná go ndéantar an leictreoid dhearfach a ró-mhuirearú go páirteach faoi thimthriall teocht íseal. Is breiseáin foirmithe scannáin SEI iad BS agus FEC, a chuireann foirmiú scannáin cobhsaí SEI chun cinn. Ina theannta sin, is féidir le FEC cobhsaíocht rothaíochta agus éifeachtúlacht Coulomb cadhnraí a fheabhsú. Féadann PS cobhsaíocht theirmeach SEI anóid a fheabhsú. Mar is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr, ní laghdaíonn an méid PS de réir mar a théann an ceallraí in aois. Bhí laghdú géar i méid an FEC, agus nuair a bhí an SOH 70%, ní fhéadfaí FEC a fheiceáil fiú. Atógáil leanúnach SEI is cúis le cealú FEC, agus deascadh leanúnach Li ar dhromchla graifít na catóide is cúis le hatógáil SEI arís agus arís eile.

Is é príomhtháirge an leictrilít tar éis timthriall ceallraí DMDOHC, a bhfuil a shintéis comhsheasmhach le foirmiú SEI. Dá bhrí sin, líon mór DMDOHC i FIG. Tugann 4A le tuiscint gur cruthaíodh ceantair mhóra SEI.

4. Anailís ar chobhsaíocht theirmeach cadhnraí timthriall neamh-chrióigineach

Rinneadh tástálacha ARC (Calraiméadar luathaithe) ar an timthriall neamh-chrióigineach agus cadhnraí timthriall crióigineach faoi choinníollacha gar-adiabatic agus faoin modh HWS. Léirigh torthaí Arc-hws gur taobh istigh den cheallraí ba chúis leis an imoibriú eisiteirmeach, neamhspleách ar an teocht chomhthimpeallach sheachtrach. D’fhéadfaí an t-imoibriú taobh istigh den cheallraí a roinnt ina thrí chéim, mar a thaispeántar i dTábla 1.

An pictiúr

Tarlaíonn ionsú teasa páirteach le linn teirmeachú an scairt agus pléascadh ceallraí, ach tá teirmeachú an scairt neamhbhríoch don SHR iomlán. Tagann an t-imoibriú eisiteirmeach tosaigh ó dhianscaoileadh an SEI, agus ionduchtú teirmeach ina dhiaidh sin chun dí-chóiriú ian litiam a spreagadh, teacht na leictreon go dromchla an ghraifít, agus laghdú na leictreon chun an membrane SEI a athbhunú. Taispeántar torthaí na tástála cobhsaíochta teirmeach i bhFíor 5.

An pictiúr

An pictiúr

Fíor 5. Torthaí arc-hws (a) 0% SOC; (b) SOC 50 faoin gcéad; (c) SOC 100 faoin gcéad; Is iad na línte briste an teocht imoibriúcháin eisiteirmeach tosaigh, an teocht tosaigh teochta teirmeach agus an teocht teochta teirmeach

An pictiúr

Fíor 6. Léirmhíniú ar thorthaí arc-hws a. Teocht runaway teirmeach, tosaithe B.ID, C. Teocht tosaigh an runaway teirmeach d. Teocht tosaigh imoibriú eisiteirmeach

Tosaíonn imoibriú eisiteirmeach tosaigh (OER) na ceallraí gan timthriall crióigineach timpeall 90 ℃ agus méadaíonn sé go líneach go 125 ℃, agus an laghdú ar SOC, rud a léiríonn go bhfuil OER ag brath go mór ar staid ian litiam san anóid. Maidir leis an gceallraí sa phróiseas scaoilte, gintear an SHR is airde (ráta féin-théimh) san imoibriú dianscaoilte ag thart ar 160 ℃, agus laghdóidh an SHR ag teocht ard, agus mar sin déantar tomhaltas ian litiam idirghaolmhar a chinneadh ag an leictreoid dhiúltach .

Chomh fada agus a bhíonn go leor ian litiam san leictreoid dhiúltach, ráthaítear gur féidir an SEI a ndearnadh damáiste dó a atógáil. Scaoilfidh dianscaoileadh teirmeach an ábhair catóide ocsaigin, a ocsaídíonn leis an leictrilít, agus sa deireadh beidh iompar runaway teirmeach na ceallraí ann. Faoi SOC ard, tá an t-ábhar catóide i riocht an-delithiam, agus is é struchtúr an ábhair catóide an ceann is éagobhsaí freisin. Is é an rud a tharlaíonn ná go laghdaíonn cobhsaíocht theirmeach na cille, go méadaíonn an méid ocsaigine a scaoiltear, agus go dtógann an t-imoibriú idir an leictreoid dhearfach agus an leictrilít ag teochtaí arda.

4. Fuinneamh a scaoileadh le linn giniúint gáis

Trí anailís a dhéanamh ar an gceallraí iar-thimthriall, is féidir a fheiceáil go dtosaíonn SHR ag fás i líne dhíreach timpeall 32 ℃. Is é an t-imoibriú dianscaoilte is cúis le scaoileadh fuinnimh i bpróiseas giniúna gáis, agus glactar leis go ginearálta gurb é dianscaoileadh teirmeach an leictrilít é.

Deascann miotail litiam a bhfuil achar dromchla sonrach ard aige ar dhromchla an ábhair anóid, ar féidir é a chur in iúl leis an gcothromóid seo a leanas.

An pictiúr

Sa phoiblíocht, is é Cp toilleadh teasa ar leith, agus is ionann △ T agus suim ardú teochta féin-théimh na ceallraí de bharr imoibriú dianscaoilte i dtástáil ARC.

Rinneadh tástáil ar thoilleadh teasa ar leith cealla neamh-chiorraithe idir 30 ℃ agus 120 ℃ i dturgnaimh ARC. Tarlaíonn an t-imoibriú eisiteirmeach ag 125 ℃, agus tá an ceallraí i riocht scaoilte, agus ní chuireann aon imoibriú eisiteirmeach eile isteach air. Sa turgnamh seo, tá gaol líneach ag CP le teocht, mar a thaispeántar sa chothromóid seo a leanas.

An pictiúr

Is féidir méid iomlán an fhuinnimh a scaoiltear san imoibriú iomlán a fháil tríd an toilleadh teasa ar leith a chomhtháthú, is é sin 3.3Kj in aghaidh na cille ag dul in aois ag teochtaí ísle. Ní féidir an méid fuinnimh a scaoiltear le linn rith teirmeach a ríomh.

5. Turgnamh acupuncture

D’fhonn tionchar aosú na ceallraí ar thurgnamh gearrchiorcad ceallraí a dhearbhú, rinneadh turgnamh snáthaide. Taispeántar na torthaí turgnamhacha san fhigiúr thíos:

An pictiúr

Maidir le toradh acupuncture, is é A teocht dromchla na ceallraí le linn an phróisis acupuncture, agus is é B an teocht uasta is féidir a bhaint amach

Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr nach bhfuil ach difríocht bheag de 10-20 ℃ idir an ceallraí atá ag dul in aois tar éis a scaoilte agus an ceallraí nua (SOC 0%) trí thástáil snáthaide. Maidir leis an seanchill, sroicheann an teocht iomlán T≈35 ℃ faoi riocht adiabatic, atá ar aon dul le SHR≈0.04K / min.

Sroicheann an ceallraí neamh-mhéadaithe an teocht uasta 120 ℃ tar éis 30 soicind nuair a bhíonn an SOC 50%. Ní leor an teas joule a scaoiltear chun an teocht seo a bhaint amach, agus sáraíonn an SHR an méid idirleathadh teasa. Nuair a bhíonn SOC 50%, bíonn éifeacht mhoill áirithe ag an gceallraí atá ag dul in aois ar runaway teirmeach, agus ardaíonn an teocht go géar go 135 ℃ nuair a chuirtear an tsnáthaid isteach sa cheallraí. Os cionn 135 ℃, bíonn rith teirmeach na ceallraí ina chúis le méadú SHR, agus ardaíonn teocht dromchla na ceallraí go 400 ℃.

Breathnaíodh feiniméan difriúil nuair a gearradh prick snáthaide ar an gceallraí nua. Chaill roinnt cealla rialú teirmeach go díreach, ach níor chaill cuid eile rialú teirmeach nuair a coinníodh teocht an dromchla faoi bhun 125 ℃. Ceann de rialú díreach teirmeach na ceallraí tar éis an tsnáthaid isteach sa cheallraí, shroich teocht an dromchla 700 ℃, rud a d’fhág go leáigh an scragall alúmanaim, tar éis cúpla soicind, leádh an cuaille agus scaradh ón gceallraí é, agus ansin adhaint an brúchtadh. de ghás, agus faoi dheireadh ba chúis leis an mblaosc iomlán dearg. Is féidir glacadh leis gurb é an dá ghrúpa de fheiniméin éagsúla go leáíonn an scairt ag 135 ℃. Nuair a bhíonn an teocht níos airde ná 135 ℃, leáíonn an scairt agus bíonn ciorcad gearr inmheánach le feiceáil, ag giniúint níos mó teasa agus ag rith chun srutha theirmeach sa deireadh. Chun é seo a fhíorú, dícheangail an ceallraí runaway neamh-theirmeach agus rinneadh tástáil AFM ar an scairt. Léirigh na torthaí go raibh staid tosaigh leá na membrane le feiceáil ar dhá thaobh na membrane, ach bhí struchtúr scagach fós le feiceáil ar an taobh diúltach, ach ní ar an taobh dearfach.