Ji ber ku bataryayên lîtium-ion ketin sûkê, ew ji ber avantajên wan ên jiyana dirêj, kapasîteya taybetî ya mezin, û bê bandoriya bîranînê bi berfirehî têne bikar anîn. Bikaranîna germahiya nizm a bataryayên lîtium-ion pirsgirêkên wekî kapasîteya kêm, kêmbûna ciddî, ​​performansa rêjeya belengaz, depokirina eşkere ya lîtium, û derxistina lîtiumê ya nehevseng heye. Lêbelê, bi berfirehbûna domdar a qadên serîlêdanê, astengiyên ku ji ber performansa kêm-germahiya kêm a bataryayên lîtium-ionê têne çêkirin her ku diçe zelaltir dibin.

Li gorî raporan, kapasîteya dakêşana bataryayên lîtium-ion di -20°C de tenê ji sedî 31.5ê ya li germahiya odeyê ye. Germahiya xebitandinê ya bataryayên kevneşopî yên lîtium-ion di navbera -20 û +55 °C de ye. Lêbelê, di warên asmanî, pîşesaziya leşkerî, wesayîtên elektrîkê û hwd de, pêdivî ye ku pîlê bi normalî di -40 ° C de bixebite. Ji ber vê yekê, girîngiyek mezin e ku meriv taybetmendiyên germahiya kêm ên bataryayên Li-ion çêtir bikin.

Faktorên Performansa Germahiya Kêm ya Batteries Li-ion

Di hawîrdorek germahiya nizm de, vîskozîteya elektrolîtê zêde dibe û hetta jî bi qismî hişk dibe, di encamê de guheztina bataryayên lîtium-ion kêm dibe.

Lihevhatina di navbera elektrolît û elektroda neyînî û veqetandî de di hawîrdorek germahiya nizm de xizan dibe.

Elektroda neyînî ya bataryaya lîtium-ion di bin hawîrdora germahiya nizm de xwedan barîna lîtiumê ya cidî ye, û lîtiumê metalê dagirtî bi elektrolîtê re reaksiyon dike, û hilanîna hilbera wê dibe sedema zêdebûna qalindahiya pêwendiya zexm-elektrolîtê (SEI).

Di hawîrdora germahiya nizm de, pergala belavkirina bataryayên Li-ion di materyalê çalak de kêm dibe, û berxwedana veguheztina barkirinê (Rct) pir zêde dibe.

Nîqaş li ser Faktorên ku bandorê li performansa germahiya kêm a bataryayên Li-ion dikin

Raya pispor 1: Elektrolît bandorek herî mezin li ser performansa germahiya nizm a bataryayên lîtium-ion heye, û pêkhate û taybetmendiyên fizîkî-kîmyayî yên elektrolîtê bandorek girîng li ser performansa germahiya nizm a pîlê heye. Pirsgirêkên ku di germahiya nizm de bi çerxa pîlê re rû bi rû dimînin ev in: vîskozîteya elektrolîtê dê zêde bibe, û leza veguheztina îyonê dê hêdîtir bibe, di encamê de leza koçkirina elektronê ya çerxa derve nelihev dike, ji ber vê yekê pîlê bi giranî polarîze dibe. û kapasîteya barkirin û dakêşandinê bi tundî kêm dibe. Bi taybetî dema ku di germahiya nizm de tê şarjkirin, îyonên lîtiumê bi hêsanî dendikên lîtiumê li ser rûyê elektroda neyînî çêdikin, û di encamê de têkçûna pîlê çêdibe.

Performansa germahiya nizm ya elektrolîtê ji nêz ve bi mezinbûna guheztina elektrolîtê bi xwe ve girêdayî ye. Elektrolîta bi gihandina bilind îyonan zû vediguhêze û di germahiya nizm de dikare bêtir kapasîteyê bixebite. Di elektrolîtê de xwêya lîtiumê çiqasî ji hev veqete, ew qas hêjmara koçan bilindtir dibe. Her ku gihandina elektrîkê bilindtir be, ew qas leza guheztina ionê zûtir be, polarîzasyon kêm be, û performansa pîlê di germahiya nizm de çêtir dibe. Ji ber vê yekê, gihandina elektrîkê ya bilind şertek pêdivî ye ku meriv performansa germahiya kêm a bataryayên lîtium-ion bi dest bixe.

Rêwîtiya elektrolîtê bi pêkhateya elektrolîtê ve girêdayî ye, û kêmkirina vîskozîteya rûkalê yek ji wan awayan e ji bo baştirkirina gihandina elektrolîtê. Di germahiya nizm de şilbûna baş a çareserker garantiya veguheztina îyonê ye, û fîlima elektrolîtê ya zexm a ku ji hêla elektrolîtê ve li elektroda neyînî di germahiya nizm de hatî çêkirin di heman demê de mifteya bandorkirina li ser rêgirtina îyonên lîtiumê ye jî, û RSEI astengiya sereke ye. bataryayên lîtium ionê di hawîrdorên germahiya nizm de.

Pispor 2: Faktora sereke ya ku performansa germahiya nizm a bataryayên lîtium-ion sînordar dike, berxwedana belavbûna Li+ ya bi tundî di germahiyên nizm de, ne fîlima SEI-yê ye.

Taybetmendiyên germahiya kêm ên materyalên katodê yên ji bo bataryayên lîtium ion

1. Taybetmendiyên germahiya kêm ên materyalên katodê yên qatkirî

Struktura qatkirî ne tenê xwedan performansa rêjeya bêhempa ya kanalên belavkirina îyonên lîtium yek-alî ye, lê di heman demê de xwedan aramiya strukturî ya kanalên sê-alî ye. Ew ji bo bataryayên lîtium ion materyala katodê ya bazirganî ya pêşîn e. Madeyên nûnertiya wê LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 û Li(Ni,Co,Mn)O2 û hwd.

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB wekî mebesta lêkolînê girt û taybetmendiyên wê yên barkêş-hilweşîna germahiya kêm ceriband.

Encam nîşan didin ku bi kêmbûna germahiyê re, platforma dakêşanê ji 3.762V (0°C) dadikeve 3.207V (-30°C); kapasîteya giştî ya pîlê jî ji 78.98mA·h (0°C) berbi 68.55mA·h (–30°C) bi tundî kêm dibe.

2. Taybetmendiyên kêm-germahiya materyalên katodê yên spinel-sazkirî

Struktura spinelê materyalê katodê LiMn2O4 xwedan avantajên lêçûna kêm û ne-jehrî ye ji ber ku ew hêmana Co-yê nagire.

Lêbelê, guhezbariya valence ya Mn û bandora Jahn-Teller ya Mn3+ rê li ber bêîstîqrariya strukturî û vegerandina belengaz a vê hêmanê vedike.

Peng Zhengshun et al. destnîşan kir ku rêbazên cûda yên amadekirinê bandorek mezin li ser performansa elektrokîmyayî ya materyalên katodê LiMn2O4 heye. Mînakî girtina Rct: Rct ya LiMn2O4 ku bi rêbaza qonaxa zexm a germahiya bilind tê sentez kirin ji ya rêbaza sol-gel bi girîngî bilindtir e, û ev diyarde ji hêla îyonên lîtiumê ve nayê bandor kirin. Rêjeya belavbûnê jî tê xuyang kirin. Sedem ev e ku rêbazên cuda yên sentezê bandorek mezin li ser krîstalbûn û morfolojiya hilberan dikin.

3. Taybetmendiyên germahiya kêm ên materyalên katodê yên pergala fosfatê

Ji ber aramî û ewlehiya wê ya hêja, LiFePO4, digel materyalên sêdar, bûye laşê sereke yê materyalên katodê yên bataryaya hêza heyî. Performansa belengaz a germahiya nizm a fosfata hesin lîtium bi giranî ji ber ku maddeya wê bixwe însulatorek e, bi guheztina elektronîkî ya kêm, belavbûna îyona lîtiumê ya belengaz, û di germahiya nizm de guheztina belengaz, ku berxwedana navxweyî ya pîlê zêde dike, ku pir bandor dike. polarîzasyon, û barkirin û dakêşana pîlê têne asteng kirin. Ji ber vê yekê, germahiya nizm Performansa ne îdeal e.

Dema ku li ser germahiya nizm li ser tevgera bar-dakêşana LiFePO4 dixwînin, Gu Yijie et al. dît ku karîgeriya wê ya kulombîkî ji %100 li 55°C daket %96 li 0°C û 64% li -20°C, bi rêzê; voltaja vekêşanê di 3.11°C de ji 55V kêm bû. Di -2.62°C de 20V kêm bibe.

Xing et al. LiFePO4 bi nanokarbonê ve guhert û dît ku piştî lêzêdekirina nanokarbonê veguhêz, performansa elektrokîmyayî ya LiFePO4 ji germahiyê kêmtir hesas bû, û performansa germahiya nizm baştir bû; voltaja dakêşana LiFePO4-a guhertî ji 3.40-ê di 25 °CV de dadikeve 3.09V di -25 °C de, kêmbûna tenê %9.12; û karîgeriya wê ya hucreyê li -25°C% 57.3 e, ku ji% 53.4 bilindtir e bêyî kargêrê nano-karbonê.

Di van demên dawî de, LiMnPO4 eleqeyek mezin kişandiye. Lêkolînê dît ku LiMnPO4 xwedan avantajên potansiyela bilind (4.1V), bê gemarî, bihayê kêm, û kapasîteya taybetî ya mezin (170mAh / g) heye. Lêbelê, ji ber guheztina ionîkî ya kêmtir a LiMnPO4 ji LiFePO4, Fe bi gelemperî tê bikar anîn da ku qismî şûna Mn-ê bigire da ku di pratîkê de çareseriya zexm LiMn0.8Fe0.2PO4 pêk bîne.

Taybetmendiyên germahiya kêm ên materyalên anodê yên ji bo bataryayên îyonê lîtium

Li gorî materyalê elektrodê erênî, xirabûna germahiya nizm ya materyalê elektrodê neyînî ya battera lîtium ion girantir e, nemaze ji ber sê sedemên jêrîn:

Dema ku di germahiya nizm û rêjeya bilind de barkirin û dakêşandin, pîlê bi ciddî polarîze dibe, û hejmareke mezin ji lîtiumê metal li ser rûyê elektroda neyînî tê razandin, û hilbera reaksiyonê ya lîtium û elektrolîtê bi gelemperî xwedan rêvegirtinê nîne;

Ji nêrînek termodînamîkî ve, elektrolît hejmareke mezin ji komên polar ên wekî CO û CN-ê vedihewîne, ku dikarin bi materyalê elektrodê neyînî re reaksiyonê bikin, û fîlima SEI-ya çêkirî ji germahiya nizm re pirtir e;

Elektroda neyînî ya karbonê dijwar e ku di germahiya nizm de lîtiumê bixe nav hev, û bar û dakêşana asimetrîk heye.

sûret

Lêkolîna li ser Elektrolîta Germahiya Kêm

Elektrolît rola veguheztina Li + di bataryayên lîtium-ion de dilîze, û guheztina wê ya îyonî û taybetmendiyên çêkirina fîlimê SEI bandorek girîng li performansa germahiya nizm a pîlê heye. Sê nîşangirên sereke hene ji bo dadbarkirina erênî û neyînîyên elektrolîtên germahiya nizm: gihandina îyonî, pencereya elektrokîmyayî û reaksiyona elektrodê. Asta van sê nîşanan bi rêjeyek mezin bi materyalên wê yên pêkhatî ve girêdayî ye: çareserker, elektrolît (xwêya lîtium) û pêvek. Ji ber vê yekê, lêkolîna li ser performansa germahiya nizm a her beşek elektrolîtê ji bo têgihiştin û başkirina performansa germahiya nizm a pîlê xwedî girîngiyek mezin e.

Li gorî karbonatên zincîreyê, taybetmendiyên germahiya nizm ên elektrolîtên bingehîn ên EC-ê, karbonatên dorhêl xwedan avahiyek tevlihev, hêza tevgerê ya mezin, û xala helandinê û vîskozîteyê bilindtir in. Lêbelê, polarîteya mezin a ku ji hêla strûktûra zengilê ve hatî peyda kirin dihêle ku ew bi gelemperî xwedan domdarek dielektrîkî ya mezin be. Berdewamiya dielektrîkî ya mezin, guheztina îyonî ya bilind, û taybetmendiyên xweş-çêkirina fîlimê yên EC-ê bi bandor rê li hev ketina molekulên çareserker digire, û wan neçar dike. Ji ber vê yekê, piraniya pergalên elektrolîtê yên germahiya nizm ên ku bi gelemperî têne bikar anîn li ser bingeha EC-yê têne çêkirin, û dûv re jî helwêstê molekulek piçûk bi xala helînê ya nizm tevlihev dikin.

Xwêya lîtium hêmanek girîng a elektrolîtê ye. Xwêya lîtiumê ya di elektrolîtê de ne tenê dikare guheztina îyonî ya çareseriyê baştir bike, lê di heman demê de dûrahiya belavbûna Li + di çareseriyê de jî kêm dike. Bi gelemperî, hûrbûna Li +-ê di çareseriyê de mezintir e, gihandina îyonî jî mezintir dibe. Lêbelê, hûrbûna îyonên lîtiumê di elektrolîtê de bi xêzikî ve bi giraniya xwêyên lîtiumê ve ne têkildar e, lê parabolîk e. Ev e ji ber ku hûrbûna îyonên lîtiumê di nav haletê de bi hêza veqetandî û hevgirtina xwêyên lîtiumê di nav haletê de girêdayî ye.

Lêkolîna li ser Elektrolîta Germahiya Kêm

Digel pêkhatina pîlê bixwe, faktorên pêvajoyê di xebata rastîn de jî dê bandorek mezin li ser performansa pîlê hebe.
(1) Pêvajoya amadekariyê. Yaqûb û hwd. bandora barkirina elektrodê û stûrbûna pêlavê li ser performansa germahiya nizm a bataryayên LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / Graphite lêkolîn kir û dît ku di warê ragirtina kapasîteyê de, her ku barkirina elektrodê piçûktir û qatê xêzkirinê ziravtir be, ew qas çêtir kêm dibe. performansa germahiya. .

(2) Rewşa bargiran û dakêşanê. Petzl et al. bandora rewşa barkêş-vekêşana germahiya nizm li ser jiyana çerxa pîlê lêkolîn kir, û dît ku dema ku kûrahiya dakêşanê mezin be, ew ê bibe sedema windabûna kapasîteyê û jiyana çerxê kêm bike.

(3) Faktorên din. Qada rûkê, mezinahiya porê, tîrêjiya elektrodê, şilbûna elektrod û elektrolîtê, û veqetandî, û hwd., hemî bandorê li performansa germahiya nizm a bataryayên lîtium-ion dikin. Wekî din, bandora kêmasiyên materyal û pêvajoyê li ser performansa germahiya nizm a pîlê nayê paşguh kirin.

Bihevrekirin

Ji bo ku meriv performansa germahiya nizm a bataryayên lîtium-ionê bicîh bîne, xalên jêrîn hewce ne ku bêne kirin:

(1) Fîlmek SEI-ya zirav û zirav ava bikin;

(2) Piştrast bikin ku Li + di materyalê çalak de xwedan hevrêzek belavbûnek mezin e;

(3) Elektrolît di germahiya nizm de xwedan gihandina îyonî ya bilind e.

Digel vê yekê, lêkolîn dikare rêyek din jî bibîne ku meriv li celebek din a battera lîtium-ion-hemû-statû-dewleta lîtium-ion binêre. Li gorî bataryayên lîtium-ionê yên adetî, tê pêşbînîkirin ku bataryayên lîtium-ion-îyonê yên hemî-zelal, nemaze bataryayên lîtium-ionê yên fîlima zirav, bi tevahî pirsgirêka hilweşîna kapasîteyê û ewlehiya dewrê çareser bikin. germên kêm. c