Batrị lithium ga-ezute gburugburu dị iche iche n’oge eji ha. N’oge oyi, okpomọkụ dị n’ebe ugwu China na-adịkarị n’okpuru 0 ℃ ma ọ bụ ọbụna -10 ℃. Mgbe ịchaji na ịchaji okpomọkụ nke batrị na-agbada n’okpuru 0 ℃, ike ịchaji na ịchaji na voltaji nke batrị lithium ga-ebelata nke ọma. Nke a bụ n’ihi na mmegharị nke ion lithium na electrolyte, SEI na graphite particles na-ebelata na obere okpomọkụ. Ọnọdụ okpomọkụ dị ala dị otú ahụ siri ike ga-eduga na mmiri ozuzo nke metal lithium nwere akụkụ elu dị elu.

Ọdịda lithium nwere ebe elu dị elu bụ otu n’ime ihe kachasị mkpa maka ọdịda batrị lithium ọdịda, yana nsogbu dị mkpa maka nchekwa batrị. Nke a bụ n’ihi na ọ nwere nnukwu ebe dị elu, metal lithium na-arụ ọrụ nke ọma ma na-ere ọkụ, ebe dị elu nke dendrite lithium bụ ntakịrị ikuku mmiri nwere ike ọkụ.

Site n’ịkwalite ikike batrị, oke na òkè ahịa nke ụgbọ ala eletrik, ihe nchekwa chọrọ nke ụgbọ ala eletrik na-aghọwanye ihe siri ike. Gịnị bụ mgbanwe na arụmọrụ nke batrị ike na obere okpomọkụ? Kedu akụkụ nchekwa kwesịrị ịrịba ama?

1.18650 nnwale okirikiri cryogenic na nyocha mkposa batrị

Ejiri batrị 18650 (2.2A, NCM523/ graphite sistemu) na obere okpomọkụ nke 0℃ n’okpuru ụfọdụ usoro ịgbasa chaja. Usoro nchaji na ịchaji bụ: CC-CV chaja, nchaji ọnụego bụ 1C, chaja mbelata voltaji bụ 4.2V, chaja ebipụ ugbu a bụ 0.05c, mgbe ahụ CC mwepu na 2.75V. Dị ka batrị SOH nke 70%-80% na-akọwakarị dị ka steeti nkwụsị (EOL) nke batrị. Ya mere, na nnwale a, batrị na-akwụsị mgbe SOH nke batrị dị 70%. Egosiri okirikiri okirikiri nke batrị n’okpuru ọnọdụ dị n’elu na eserese 1 (a). A na-eme nyocha Li MAS NMR na okporo osisi na diaphragms nke batrị na-ekesa na nke na-abụghị nke na-ekesa, na nsonaazụ mgbanwe kemịkalụ gosipụtara na Figure 1 (b).

Ọgụgụ 1. Usoro okirikiri cell na nyocha Li MAS NMR

Ikike nke okirikiri cryogenic mụbara n’ime nkeji ole na ole mbụ, na-esote ọdịda na-aga n’ihu, SOH gbadara n’okpuru 70% n’ihe na-erughị okirikiri 50. Mgbe a gbasasịrị batrị ahụ, a chọpụtara na e nwere ihe mkpuchi ọlaọcha na-acha ntụ ntụ n’elu anode, nke e chere na ọ bụ ígwè lithium nke a na-etinye n’elu ihe anode na-ekesa. Emere nyocha Li MAS NMR na batrị nke otu atụnyere nnwale abụọ ahụ, a kwadokwara nsonaazụ ya na onyonyo B.

Enwere ọnụ ọgụgụ dị elu na 0ppm, na-egosi na lithium dị na SEI n’oge a. Mgbe okirikiri ahụ gasịrị, ọnụ ọgụgụ nke abụọ na-apụta na 255 PPM, nke nwere ike ịmalite site na mmiri ozuzo nke metal lithium n’elu ihe anode. Iji kwadokwuo ma lithium dendrites pụtara n’ezie, a hụrụ morphology SEM, na nsonaazụ ya gosipụtara na Figure 2.

Foto ahụ

Ọgụgụ 2. Nsonaazụ nyocha SEM

Site n’iji ihe oyiyi A na B atụnyere, a ga-ahụ na akwa oyi akwa etolitela n’ihe oyiyi B, mana oyi akwa a ekpuchibeghị akụkụ graphite. A na-amụbawanyewanye SEM na agịga dị ka ihe dị na Figure D, nke nwere ike ịbụ lithium nwere ebe dị elu (nke a makwaara dị ka dendrite lithium). Tụkwasị na nke ahụ, nkwụnye ego lithium metal na-etolite na diaphragm, a pụkwara ịhụ oke ya site na iji ya tụnyere ọkpụkpụ nke oyi akwa graphite.

Ụdị lithium echekwabara na-adabere n’ọtụtụ ihe. Dị ka nsogbu elu, njupụta dị ugbu a, ọkwa nchaji, okpomọkụ, ihe mgbakwunye electrolyte, ihe mejupụtara electrolyte, voltaji etinyere na ihe ndị ọzọ. N’ime ha, mgbasa ozi dị ala na njupụta dị ugbu a bụ ihe kachasị mfe ịmepụta metal lithium siri ike na mpaghara elu dị elu.

2. Nyocha nkwụsi ike nke okpomọkụ nke electrode batrị

A na-eji TGA nyochaa eletrọd batrị ekesaghị ekesa na mgbe e kesasịrị, dị ka egosiri na foto 3.

Foto ahụ

Ọgụgụ 3. Nyocha TGA nke electrodes na-adịghị mma na nke dị mma (A. Negative electrode B. electrode ziri ezi)

Dị ka a pụrụ ịhụ site na ọnụ ọgụgụ dị n’elu, na-ejibeghi electrode nwere atọ dị mkpa ọnụ ọgụgụ na T≈260℃, 450℃ na 725℃ n’otu n’otu, na-egosi na-eme ihe ike decomposition, evaporation ma ọ bụ sublimation mmeghachi omume na-eme na ebe ndị a. Otú ọ dị, uka ọnwụ nke electrode doro anya na 33 ℃ na 200 ℃. Mmeghachi omume nbibi na obere okpomọkụ na-akpata site na nbibi nke akpụkpọ anụ SEI, n’ezie, na-emetụtakwa ihe mejupụtara electrolyte na ihe ndị ọzọ. Ọdịda nke lithium metal nwere oke elu dị elu na-eduga n’ịmepụta ọnụ ọgụgụ dị ukwuu nke ihe nkiri SEI n’elu igwe lithium, nke bụkwa ihe kpatara mfu nke batrị n’okpuru okirikiri dị ala.

SEM enweghị ike ịhụ mgbanwe ọ bụla na morphology nke ihe cathode mgbe nnwale cyclic gasịrị, na nyocha TGA gosiri na enwere nnukwu ọnwụ mgbe okpomọkụ dị n’elu 400 ℃. Enwere ike ịkpata ọnwụ oke a site na mbelata lithium na ihe cathode. Dị ka e gosiri na foto 3 (b), na ịka nká nke batrị, ọdịnaya nke Li na nti electrode nke NCM ji nwayọọ nwayọọ na-ebelata. Onu ogugu nke SOH100% nti electrode bu 4.2%, na nke SOH70% nti electrode bu 5.9%. N’okwu, ọnụọgụ ọnwụ nke ma electrodes dị mma na nke na-adịghị mma na-abawanye mgbe okirikiri cryogenic gasịrị.

3. Electrochemical ịka nká nyocha nke electrolyte

GC/MS tụlere mmetụta nke obere okpomọkụ na electrolyte batrị. A na-ewepụta ihe nlele eletrọl site na batrị ndị na-adịghị emebe na ndị agadi n’otu n’otu, na nsonaazụ nyocha GC/MS gosipụtara na foto 4.

Foto ahụ

Ọgụgụ 4.GC/MS na FD-MS ule nyocha

Igwe ọkụ eletrik nke batrị okirikiri na-abụghị cryogenic nwere DMC, EC, PC, na FEC, PS, na SN dị ka ihe mgbakwunye iji melite arụmọrụ batrị. Ọnụ ego nke DMC, EC na PC na cell na-adịghị na-ekesa na cell na-ekesa bụ otu, na mgbakwunye SN na electrolyte mgbe mgbasa (nke na-egbochi decomposition nke electrode electrolytic mmiri mmiri oxygen dị elu) na-ebelata. , Ya mere, ihe kpatara ya bụ na a na-ebufe electrode dị mma n’okpuru obere okpomọkụ. BS na FEC bụ ihe mgbakwunye ihe nkiri SEI, nke na-akwalite nguzobe nke ihe nkiri SEI kwụsiri ike. Na mgbakwunye, FEC nwere ike melite nkwụsi ike okirikiri na arụmọrụ Coulomb nke batrị. PS nwere ike ịkwalite nkwụsi ike nke anode SEI. Dị ka a na-ahụ site na ọnụ ọgụgụ ahụ, ọnụ ọgụgụ PS adịghị ebelata na ịka nká nke batrị. Enwere mbelata nke ukwuu na FEC, na mgbe SOH dị 70%, FEC enweghị ike ịhụ ya. Ọnwụ nke FEC na-akpata site na nrụgharị na-aga n’ihu nke SEI, na nwughari ugboro ugboro nke SEI na-akpata site na mmiri ozuzo na-aga n’ihu nke Li na elu cathode graphite.

Isi ngwaahịa nke electrolyte mgbe okirikiri batrị bụ DMDOHC, nke njikọ ya kwekọrọ na nguzobe nke SEI. Ya mere, ọnụ ọgụgụ buru ibu nke DMDOHC na FIG. 4A na-egosi guzobe nnukwu mpaghara SEI.

4. Nyocha nkwụsi ike nke okpomọkụ nke batrị okirikiri na-abụghị cryogenic

Emere ule ARC (Accelerated calorimeter) na okirikiri na-abụghị cryogenic na batrị okirikiri cryogenic n’okpuru ọnọdụ quasi-adiabatic na ọnọdụ HWS. Nsonaazụ Arc-hws gosiri na mmeghachi omume exothermic sitere n’ime batrị, na-adabereghị na ọnọdụ okpomọkụ dị na mpụga. Enwere ike kewaa mmeghachi omume n’ime batrị ahụ ụzọ atọ, dịka egosiri na Tebụl 1.

Foto ahụ

Mmụba okpomọkụ nke akụkụ na-eme n’oge diaphragm thermalization na batrị gbawara agbawa, ma diaphragm thermalization bụ nke na-eleghara anya maka dum SHR. Mmeghachi omume mbụ nke exothermic sitere na nbibi nke SEI, sochiri mmeghe nke thermal induction iji mee ka a na-achọpụta ion lithium, mbata nke electrons na elu graphite, na mbelata nke electrons iji mee ka akpụkpọ anụ SEI dịghachi. E gosipụtara nsonaazụ nkwụsi ike thermal na eserese 5.

Foto ahụ

Foto ahụ

Ọgụgụ 5. Nsonaazụ Arc-hws (a) 0% SOC; (b) 50 pasent SOC; (c) 100 pasent SOC; Ahịrị ndị ahụ agbajiri agbaji bụ okpomoku mmeghachi omume exothermic izizi, okpomoku izizi thermal runaway na okpomoku na-agba ọsọ.

Foto ahụ

Ọgụgụ 6. Nkọwapụta nsonaazụ Arc-hws a. Ọnọdụ okpomọkụ na-agba ọsọ, mmalite B.ID, C. Okpomọkụ mbụ nke thermal runaway d. Okpomọkụ mmalite nke mmeghachi omume exothermic

Mmeghachi omume exothermic nke mbụ (OER) nke batrị na-enweghị okirikiri cryogenic na-amalite gburugburu 90 ℃ ma na-abawanye linearly ruo 125 ℃, yana mbelata nke SOC, na-egosi na OER dabere na ọnọdụ lithium ion na anode. N’ihi na batrị na ihapu usoro, ndị kasị elu SHR (onwe-ekpo ọkụ ọnụego) na decomposition mmeghachi omume na-eme na banyere 160 ℃, na SHR ga-ebelata na elu okpomọkụ, otú oriri nke intercalated lithium ions kpebisiri ike na-adịghị mma electrode. .

Ọ bụrụhaala na enwere ion lithium zuru oke na electrode ọjọọ, a na-ekwe nkwa na SEI mebiri emebi nwere ike wughachi ya. Nbibi nke okpomọkụ nke ihe cathode ga-ahapụ oxygen, nke ga-eme ka electrolyte oxidize, n’ikpeazụ na-eduga n’omume nke okpomọkụ na-agba ọsọ nke batrị. N’okpuru SOC dị elu, ihe cathode dị na steeti delithium dị ukwuu, na nhazi nke ihe cathode bụkwa nke na-adịghị akwụsi ike. Ihe na-eme bụ na nkwụsi ike nke okpomọkụ nke cell na-ebelata, ọnụọgụ oxygen na-apụta na-abawanye, na mmeghachi omume n’etiti electrode dị mma na electrolyte na-eweghara na okpomọkụ dị elu.

4. Ntọhapụ ike n’oge ọgbọ gas

Site na nyocha nke batrị post-okirikiri, enwere ike ịhụ na SHR na-amalite itolite n’ahịrị kwụ ọtọ gburugburu 32 ℃. Ntọhapụ nke ike na usoro nke ọgbọ gas na-emekarị site na mmeghachi omume recomposition, nke a na-echekarị na ọ bụ nkwụsị ọkụ nke electrolyte.

Igwe lithium nwere ebe elu dị elu na-ebuli elu n’elu ihe anode, nke enwere ike igosipụta site na nha anya na-esonụ.

Foto ahụ

Na mgbasa ozi, Cp bụ kpọmkwem ike okpomọkụ, na △T na-anọchite anya nchikota nke ọkụ ọkụ ọkụ nke batrị kpatara site na mmeghachi omume decomposition na ARC ule.

A nwalere ike okpomọkụ nke mkpụrụ ndụ anaghị ekesa n’etiti 30 ℃ na 120 ℃ na nnwale ARC. The exothermic mmeghachi omume na-eme na 125 ℃, na batrị bụ na ihapu ọnọdụ, na ọ dịghị ọzọ exothermic mmeghachi omume na-egbochi ya. N’ime nnwale a, CP nwere njikọ kwụ ọtọ na ọnọdụ okpomọkụ, dịka egosiri n’usoro n’okpuru.

Foto ahụ

Enwere ike nweta ngụkọta nke ike ewepụtara na mmeghachi omume dum site na ijikọta ikike okpomọkụ a kapịrị ọnụ, nke bụ 3.3Kj kwa cell ịka nká na obere okpomọkụ. Enweghị ike ịgbakọ ọnụọgụ ike ewepụtara n’oge ịgba ọsọ ọkụ.

5. Nnwale acupuncture

Iji gosi mmetụta nke ịka nká batrị na nnwale sekit mkpirisi batrị, emere nnwale agịga. E gosipụtara nsonaazụ nnwale na foto dị n’okpuru:

Foto ahụ

N’ihe sitere na acupuncture, A bụ okpomọkụ elu batrị n’oge usoro acupuncture, na B bụ okpomọkụ kachasị elu nke enwere ike nweta.

Enwere ike ịhụ site na ọnụ ọgụgụ ahụ na enwere ntakịrị ọdịiche nke 10-20 ℃ n’etiti batrị ịka nká mgbe a kwụsịrị na batrị ọhụrụ (SOC 0%) site na nyocha mkpa. Maka cell agadi, okpomọkụ zuru oke ruru T≈35 ℃ n’okpuru ọnọdụ adiabatic, nke kwekọrọ na SHR≈0.04K / min.

Batrị na-adịghị emezi na-erute oke okpomọkụ nke 120 ℃ mgbe 30 sekọnd mgbe SOC bụ 50%. Okpomọkụ joule ewepụtara ezughị iji rute ọnọdụ okpomọkụ a, na SHR karịrị oke mgbasa ọkụ. Mgbe SOC bụ 50%, batrị ịka nká nwere mmetụta igbu oge na mgbanaka okpomọkụ, na okpomọkụ na-ebili nke ọma ruo 135 ℃ mgbe etinyere agịga n’ime batrị ahụ. N’elu 135 ℃, mmụba nke SHR na-akpata thermal runaway nke batrị, na elu okpomọkụ nke batrị adahade 400 ℃.

Ahụrụ ihe dị iche mgbe batrị ọhụrụ chajịrị agịga. Ụfọdụ mkpụrụ ndụ tụfuru njikwa thermal ozugbo, ebe ndị ọzọ adaghị njikwa thermal mgbe ihu igwe dị n’okpuru 125 ℃. Otu n’ime njikwa ọkụ ozugbo nke batrị ahụ mgbe agịga banye na batrị ahụ, okpomọkụ dị n’elu ruru 700 ℃, na-eme ka aluminom foil gbazee, mgbe sekọnd ole na ole gasịrị, agbaze osisi ahụ ma kewapụ ya na batrị ahụ, wee gbanye ọkụ ahụ. nke gas, n’ikpeazụ mere ka shei dum na-acha uhie uhie. Enwere ike iche na otu abụọ dị iche iche dị iche iche bụ na diaphragm na-agbaze na 135 ℃. Mgbe okpomọkụ dị elu karịa 135 ℃, diaphragm na-agbaze na sekit dị mkpụmkpụ nke dị n’ime na-apụta, na-eme ka okpomọkụ dịkwuo elu ma na-emecha na-eduga na ọkụ ọkụ. Iji nyochaa nke a, batrị na-agba ọsọ na-abụghị thermal na-ekpochapụ ma nwalee diaphragm AFM. Nsonaazụ gosiri na ọnọdụ mbụ nke akpụkpọ ahụ na-agbaze pụtara n’akụkụ abụọ nke akpụkpọ ahụ, ma usoro porous ka pụtara n’akụkụ ọjọọ, ma ọ bụghị n’akụkụ dị mma.