Ebe ọ bụ na batrị lithium-ion batara n’ahịa, a na-ejikarị ha eme ihe n’ihi uru ha dị ogologo ndụ, nnukwu ikike dị iche iche, na enweghị mmetụta nchekwa. Obere okpomọkụ ojiji nke lithium-ion batrị nwere nsogbu dị ka obere ikike, attenuation siri ike, adịghị mma ọnụego usoro, nkwụnye lithium doro anya na mmịpụta lithium na-enweghị isi. Otú ọ dị, na mgbasawanye nke mpaghara ngwa ngwa na-aga n’ihu, ihe mgbochi ndị na-akpata site na arụ ọrụ obere okpomọkụ nke batrị lithium-ion na-apụtawanye ìhè.

Dị ka akụkọ si kwuo, ikike mwepụ nke batrị lithium-ion na -20 Celsius bụ naanị ihe dịka 31.5% nke ahụ na okpomọkụ. Okpomọkụ na-arụ ọrụ nke batrị lithium-ion ọdịnala dị n’etiti -20 na +55 Celsius. Otú ọ dị, na ngalaba nke ikuku, ụlọ ọrụ ndị agha, ụgbọ ala eletrik, wdg, a chọrọ batrị ka ọ rụọ ọrụ nke ọma na -40 Celsius. Ya mere, ọ dị oke mkpa iji melite ihe ndị dị ala nke batrị Li-ion.

Ihe na-egbochi ịrụ ọrụ ọkụ dị ala nke batrị Li-ion

N’ebe dị ala na-ekpo ọkụ, viscosity nke electrolyte na-abawanye na ọbụna akụkụ ụfọdụ na-esiwanye ike, na-ebute mbelata conductivity nke batrị lithium-ion.

Ndakọrịta n’etiti electrolyte na electrode na-adịghị mma na onye na-ekewapụ na-aghọ ogbenye na ọnọdụ okpomọkụ dị ala.

Eletrọd na-adịghị mma nke batrị lithium-ion nwere nnukwu mmiri ozuzo lithium n’okpuru ọnọdụ okpomọkụ dị ala, na lithium metal a na-adọkpụ na-emeghachi omume na electrolyte, na ntinye ngwaahịa ya na-eduga n’ịbawanye n’ịdị elu nke interface siri ike electrolyte (SEI).

Na ọnọdụ okpomọkụ dị ala, usoro mgbasa ozi nke batrị Li-ion na ihe na-arụ ọrụ na-ebelata, na nkwụsị nnyefe ụgwọ (Rct) na-abawanye nke ukwuu.

Mkparịta ụka na ihe ndị na-emetụta arụmọrụ obere okpomọkụ nke batrị Li-ion

Echiche ndị ọkachamara 1: Eletrọt nwere mmetụta kachasị na arụmọrụ dị ala nke batrị lithium-ion, na ihe mejupụtara ya na physicochemical nke electrolyte nwere mmetụta dị mkpa na obere okpomọkụ nke batrị. Nsogbu ndị na-eche ihu batrị okirikiri na obere okpomọkụ bụ: viscosity nke electrolyte ga-abawanye, na ion conduction ọsọ ga-eji nwayọọ nwayọọ, na-akpata na mismatch nke eletrọn mpụ ọsọ nke mpụga sekit, otú batrị na-ukwuu polarized. na ikike ụgwọ na mwepụ na-ebelata nke ukwuu. Karịsịa mgbe ị na-ebufe na obere okpomọkụ, lithium ion na-etolite ngwa ngwa lithium dendrites n’elu electrode na-adịghị mma, na-ebute ọdịda batrị.

Ịrụ ọrụ okpomọkụ dị ala nke electrolyte nwere njikọ chiri anya na nha nke conductivity nke electrolyte n’onwe ya. The electrolyte nwere elu conductivity na-ebunye ion ngwa ngwa ma nwee ike tinyekwuo ikike na obere okpomọkụ. Ka nnu lithium na-ekesa nke ọma na electrolyte, ọnụ ọgụgụ dị elu nke mbugharị na elu conductivity. Ọganihu eletriki eletrik dị elu, ngwa ngwa ion conduction ọnụego, na-ebelata polarization, na ịrụ ọrụ batrị ka mma na obere okpomọkụ. Ya mere, eletriki eletrik dị elu bụ ọnọdụ dị mkpa iji nweta ezigbo arụmọrụ dị ala nke batrị lithium-ion.

Nrụgharị nke electrolyte na-ejikọta na nhazi nke electrolyte, na ibelata viscosity nke ihe mgbaze bụ otu n’ime ụzọ isi melite conductivity nke electrolyte. Mmiri dị mma nke ihe mgbaze na obere okpomọkụ bụ nkwa nke njem ion, na ihe nkiri siri ike nke electrolyte mepụtara site na electrolyte na electrode na-adịghị mma na obere okpomọkụ bụ isi ihe na-emetụta nduzi nke ion lithium, na RSEI bụ isi ihe mgbochi. nke batrị lithium ion na ọnọdụ okpomọkụ dị ala.

Ọkachamara 2: Isi ihe na-amachi arụmọrụ dị ala nke batrị lithium-ion bụ mmụba Li + mgbasawanye nke ọma na obere okpomọkụ, ọ bụghị ihe nkiri SEI.

Njirimara okpomọkụ dị ala nke ihe cathode maka batrị lithium ion

1. Njirimara okpomọkụ dị ala nke ihe mkpuchi cathode

Ihe owuwu a kpuchiri ekpuchi abụghị naanị nwere arụmọrụ ọnụego na-enweghị atụ nke ọwa mgbasa lithium ion dị otu akụkụ, mana nwekwara nkwụsi ike nhazi nke ọwa ụzọ atọ. Ọ bụ ngwa ahịa cathode izizi maka batrị lithium ion. Ihe nnọchi anya ya bụ LiCoO2, Li (Co1-xNix) O2 na Li (Ni, Co, Mn) O2 na ndị ọzọ.

Xie Xiaohua et al. were LiCoO2/MCMB dị ka ihe nyocha wee nwalee njirimara mgbapu ọkụ ya dị ala.

Nsonaazụ na-egosi na na mbelata nke okpomọkụ, ikpo okwu mgbapụta na-ada site na 3.762V (0 ° C) ruo 3.207V (-30 ° C); mkpokọta ikike batrị na-agbadakwa nke ọma site na 78.98mA·h (0°C) ruo 68.55mA·h (–30°C).

2. Ụdị okpomọkụ dị ala nke ihe ọkpụkpụ cathode na-ahazi

Ọdịdị spinel LiMn2O4 cathode ihe nwere uru nke ọnụ ala dị ala na enweghị nsi n’ihi na ọ nweghị Co element.

Agbanyeghị, mgbanwe valence nke Mn na mmetụta Jahn-Teller nke Mn3+ na-eduga na enweghị nkwụsi ike n’usoro yana ngbanwe adịghị mma nke akụrụngwa a.

Peng Zhenghun et al. rụtụrụ aka na ụzọ nkwadebe dị iche iche nwere mmetụta dị ukwuu na arụmọrụ electrochemical nke ihe LiMn2O4 cathode. Inweta Rct dị ka ọmụmaatụ: Rct nke LiMn2O4 mebere site na usoro okpomọkụ siri ike siri ike dị elu karịa nke usoro sol-gel, na ion lithium anaghị emetụta ihe omume a. A na-egosipụtakwa ọnụọgụ mgbasa ozi. Ihe kpatara ya bụ na ụzọ nchịkọta dị iche iche nwere mmetụta dị ukwuu na crystallinity na morphology nke ngwaahịa.

3. Ụdị okpomọkụ dị ala nke ihe cathode nke usoro phosphate

N’ihi nkwụsi ike na nchekwa ya dị oke mma, LiFePO4, yana ihe ternary, aghọwo isi ihe nke batrị cathode batrị ugbu a. The ogbenye obere okpomọkụ arụmọrụ nke lithium iron phosphate bụ tumadi n’ihi na ihe ya n’onwe ya bụ ihe insulator, na ala eletrọnịkị conductivity, ogbenye lithium ion diffusivity, na-adịghị mma conductivity na obere okpomọkụ, nke na-abawanye n’ime n’ime batrị, nke na-emetụta nke ukwuu. polarization, na egbochiri chajị batrị na mwepu. Ya mere, obere okpomọkụ arụmọrụ adịghị mma.

Mgbe ị na-amụ omume ịkwụ ụgwọ nke LiFePO4 na obere okpomọkụ, Gu Yijie et al. chọpụtara na arụmọrụ coulombic ya gbadara site na 100% na 55°C ruo 96% na 0°C na 64% na -20°C, n’otu n’otu; voltaji mwepu na-ebelata site na 3.11V na 55 Celsius. Belata ruo 2.62V na -20 Celsius.

Xing et al. gbanwee LiFePO4 na nanocarbon wee chọpụta na mgbe agbakwunyere nanocarbon conductive agent, ọrụ electrochemical nke LiFePO4 adịghị enwe mmetụta maka okpomọkụ, na arụ ọrụ okpomọkụ dị ala ka mma; voltaji mwepu nke LiFePO4 gbanwere site na 3.40 na 25 Celsius dara na 3.09V na -25 Celsius, mbelata nke naanị 9.12%; na arụmọrụ cell ya na -25 Celsius bụ 57.3%, nke dị elu karịa 53.4% ​​na-enweghị onye na-eduzi nano-carbon.

Na nso nso a, LiMnPO4 adọtala mmasị dị ukwuu. Nnyocha ahụ chọpụtara na LiMnPO4 nwere uru nke ikike dị elu (4.1V), enweghị mmetọ, ọnụ ala dị ala, yana nnukwu ikike (170mAh / g). Otú ọ dị, n’ihi obere ionic conductivity nke LiMnPO4 karịa LiFePO4, Fe na-ejikarị dochie anya Mn iji mepụta LiMn0.8Fe0.2PO4 ngwọta siri ike na omume.

Njirimara okpomọkụ dị ala nke ihe anode maka batrị lithium ion

E jiri ya tụnyere ihe elektrọd dị mma, mmebi ọnọdụ okpomọkụ dị ala nke ihe na-adịghị mma nke batrị lithium ion dị njọ karị, ọkachasị n’ihi ihe atọ ndị a:

Mgbe ị na-ebugharị ma na-ebugharị na obere okpomọkụ na ọnụ ọgụgụ dị elu, batrị ahụ na-agbaze nke ọma, na nnukwu ego nke lithium metal na-edobere n’elu electrode na-adịghị mma, na mmeghachi omume nke lithium metal na electrolyte n’ozuzu enweghị conductivity;

Site na echiche nke thermodynamic, electrolyte nwere ọnụ ọgụgụ dị ukwuu nke pola dị iche iche dị ka CO na CN, nke nwere ike imeghachi omume na ihe electrode na-adịghị mma, na ihe nkiri SEI kpụrụ na-enwe ike ịdaba na obere okpomọkụ;

Igwe ọkụ na-adịghị mma nke carbon na-esiri ike ịgbanye lithium n’obere okpomọkụ, yana ụgwọ asymmetric na mwepu.

Foto

Nnyocha na Electrolyte dị ala

Electrolyte na-arụ ọrụ nke ibufe Li + na batrị lithium-ion, na ionic conductivity na SEI na-emepụta ihe nkiri na-enwe mmetụta dị ukwuu na obere okpomọkụ nke batrị. Enwere isi ihe atọ maka ikpebi uru na ọghọm nke electrolytes dị ala: ionic conductivity, windo electrochemical na electrode reactivity. Ọkwa nke atọ ndị a na-egosi na-adabere n’ụzọ dị ukwuu na ihe ndị mejupụtara ya: ihe mgbaze, electrolyte (nnu lithium), na ihe mgbakwunye. Ya mere, nyocha na arụmọrụ dị ala nke akụkụ ọ bụla nke electrolyte bụ ihe dị mkpa maka nghọta na imeziwanye arụmọrụ dị ala nke batrị.

E jiri ya tụnyere carbonates yinye, njirimara okpomọkụ dị ala nke electrolytes dabeere na EC, cyclic carbonates nwere nhazi kọmpat, nnukwu ike ime ihe, na ebe mgbaze dị elu na viscosity. Otú ọ dị, nnukwu polarity na-ebute site na nhazi mgbanaka na-eme ka ọ na-enwekarị nnukwu dielectric mgbe niile. Nnukwu dielectric na-adịgide adịgide, ịdị elu ionic conductivity, na ọmarịcha ihe na-emepụta ihe nkiri nke ihe mgbaze EC na-egbochi njikọ nke ihe mgbaze, na-eme ka ha dị mkpa. Ya mere, ọtụtụ n’ime usoro electrolyte dị ala a na-ejikarị eme ihe na-adabere na EC, wee gwakọta ihe mgbaze obere molecule na ebe mgbaze dị ala.

Nnu lithium bụ akụkụ dị mkpa nke electrolyte. Nnu lithium na electrolyte nwere ike ọ bụghị naanị melite ionic conductivity nke ngwọta, kamakwa belata mgbasa ozi nke Li + na ngwọta. N’ozuzu, ka ntinye nke Li + dị na ngwọta ya, otú ahụ ka ionic conductivity na-abawanye. Otú ọ dị, ntinye nke ion lithium na electrolyte adịghị ejikọta na ntinye nke nnu lithium, kama ọ bụ parabolic. Nke a bụ n’ihi na ntinye nke ion lithium na ihe mgbaze na-adabere na ike nke dissociation na njikọ nke lithium salts na ihe mgbaze.

Nnyocha na Electrolyte dị ala

Na mgbakwunye na nhazi nke batrị n’onwe ya, ihe ndị na-eme ihe na-arụ ọrụ n’ezie ga-enwekwa mmetụta dị ukwuu na arụmọrụ nke batrị ahụ.
(1) Usoro nkwadebe. Jekọb et al. mụọ mmetụta nke electrode ibu na mkpuchi ọkpụrụkpụ na obere okpomọkụ arụmọrụ nke LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / Graphite batrị na chọpụtara na na okwu nke ikike njigide, nta electrode ibu na thinner mkpuchi oyi akwa, mma ala ala. arụmọrụ okpomọkụ. .

(2) Ọnọdụ ụgwọ na mwepụ. Petzl et al. mụọ mmetụta nke ala-okpomọkụ ụgwọ-ifufe steeti ndụ batrị okirikiri, na chọpụtara na mgbe omimi nke ihapu bụ nnukwu, ọ ga-eme ka ukwuu ikike ọnwụ na ibelata okirikiri ndụ.

(3) Ihe ndị ọzọ. Ebe dị n’elu, nha pore, njupụta electrode, wettability nke electrode na electrolyte, na separator, wdg, niile na-emetụta arụmọrụ dị ala nke batrị lithium-ion. Tụkwasị na nke ahụ, enweghị ike ileghara mmetụta nke ihe onwunwe na mmebi usoro na arụ ọrụ okpomọkụ dị ala nke batrị ahụ anya.

ichikota

Iji hụ na arụmọrụ dị ala nke batrị lithium-ion dị ala, ihe ndị a kwesịrị ime:

(1) Mepụta ihe nkiri SEI dị gịrịgịrị ma sie ike;

(2) Gbaa mbọ hụ na Li + nwere ọnụọgụ mgbasa ozi buru ibu na ihe na-arụ ọrụ;

(3) The electrolyte nwere elu ionic conductivity na ala okpomọkụ.

Na mgbakwunye, nyocha ahụ nwekwara ike ịchọta ụzọ ọzọ ị ga-esi lelee ụdị batrị lithium-ion ọzọ nke batrị lithium-ion siri ike. E jiri ya tụnyere batrị lithium-ion a na-ahụkarị, batrị lithium-ion nke steeti siri ike, ọkachasị batrị lithium-ion siri ike, ga-edozi nsogbu nke ire ere na nchekwa okirikiri mgbe ejiri batrị. obere okpomọkụ. c