Hatramin’ny nidiran’ny bateria lithium-ion eny an-tsena, dia be mpampiasa izy ireo noho ny tombony azony amin’ny fiainana maharitra, ny fahafaha-manao manokana, ary tsy misy fiantraikany amin’ny fitadidiana. Ny fampiasana bateria lithium-ion amin’ny mari-pana ambany dia manana olana toy ny fahaiza-manao ambany, ny fihenan’ny lanjany, ny fahombiazan’ny tsingerin’ny tsingerina, ny fametrahana lithium mazava, ary ny fitrandrahana lithium tsy voalanjalanja. Na izany aza, miaraka amin’ny fanitarana mitohy ny sehatry ny fampiharana, dia mihamiharihary hatrany ny teritery ateraky ny tsy fahampian’ny hafanana ambany amin’ny bateria lithium-ion.

Araka ny tatitra, ny fahafahan’ny batterie lithium-ion amin’ny -20 ° C dia eo amin’ny 31.5% eo ho eo amin’ny mari-pana amin’ny efitrano. Ny mari-pana miasa amin’ny bateria lithium-ion nentim-paharazana dia eo anelanelan’ny -20 sy +55 °C. Na izany aza, eo amin’ny sehatry ny aerospace, indostrian’ny miaramila, fiara elektrika, sns., ny bateria dia tsy maintsy miasa ara-dalàna amin’ny -40 ° C. Noho izany dia zava-dehibe ny manatsara ny toetran’ny mari-pana ambany amin’ny bateria Li-ion.

Antony mametra ny fahombiazan’ny maripana ambany amin’ny Batterie Li-ion

Ao amin’ny tontolo ambany mari-pana, ny viscosity ny electrolyte mitombo ary na dia ny ampahany mivaingana, ka nahatonga ny fihenan’ny conductivity ny lithium-ion bateria.

Ny fifanarahana eo amin’ny electrolyte sy ny ratsy electrode sy ny separator lasa mahantra amin’ny hafanana ambany tontolo iainana.

Ny electrode ratsy amin’ny bateria lithium-ion dia manana rotsak’orana lithium lehibe eo ambanin’ny tontolo iainana ambany, ary ny lithium metaly mipoitra dia mihetsika amin’ny electrolyte, ary ny fametrahana ny vokatra dia mitarika amin’ny fitomboan’ny hatevin’ny interface tsara-electrolyte (SEI).

Ao amin’ny tontolo manodidina ny mari-pana ambany dia mihena ny rafitra fanaparitahana ny bateria Li-ion amin’ny fitaovana mavitrika, ary mitombo be ny fanoherana ny famindrana fiampangana (Rct).

Fifanakalozan-kevitra momba ny anton-javatra misy fiantraikany amin’ny fahombiazan’ny maripana ambany amin’ny bateria Li-ion

Hevitry ny manam-pahaizana 1: Ny electrolyte dia manana fiantraikany lehibe indrindra amin’ny fahombiazan’ny mari-pana ambany amin’ny bateria lithium-ion, ary misy fiantraikany lehibe amin’ny fahombiazan’ny mari-pana ambany amin’ny bateria ny fitambarana sy ny toetran’ny fizika simika amin’ny electrolyte. Ny olana atrehin’ny tsingerin’ny bateria amin’ny mari-pana ambany dia: hitombo ny viscosity ny electrolyte, ary ny hafainganam-pandehan’ny ion dia ho lasa miadana kokoa, ka miteraka tsy fitoviana amin’ny hafainganam-pandehan’ny fifindra-monina elektronika amin’ny faritra ivelany, noho izany dia polarized mafy ny bateria, ary mihena be ny fahafahan’ny fiampangana sy fanariana. Indrindra rehefa mamaly amin’ny mari-pana ambany, Lithium ions mora mamorona lithium dendrites eo amin’ny ambonin’ny ny ratsy electrode, niafara tamin’ny bateria tsy fahombiazana.

Ny fahombiazan’ny hafanana ambany amin’ny electrolyte dia mifandray akaiky amin’ny haben’ny conductivity ny electrolyte mihitsy. Ny electrolyte manana conductivity avo dia mamindra ion haingana ary afaka mampiasa hery bebe kokoa amin’ny hafanana ambany. Arakaraky ny maha-dissociated ny sira lithium ao amin’ny electrolyte, ny isan’ny fifindra-monina ary ny avo kokoa ny conductivity. Ny avo kokoa ny conductivity elektrika, ny haingana ny ion conduction tahan’ny, ny kely ny polarization, ary ny tsara kokoa ny fampisehoana ny bateria amin’ny mari-pana ambany. Noho izany, ny conductivity elektrika avo kokoa dia fepetra ilaina mba hahazoana vokatra tsara amin’ny hafanana ambany amin’ny bateria lithium-ion.

Ny conductivity ny electrolyte dia mifandray amin’ny firafitry ny electrolyte, ary ny fampihenana ny viscosity ny solvent dia iray amin’ireo fomba hanatsarana ny conductivity ny electrolyte. Ny fluidity tsara amin’ny solvent amin’ny mari-pana ambany dia ny fiantohana ny fitaterana ion, ary ny sarimihetsika electrolyte mafy orina amin’ny electrolyte amin’ny electrode ratsy amin’ny hafanana ambany dia ny fanalahidin’ny fiantraikany amin’ny fampitaovana ny litium ion, ary ny RSEI no impedance lehibe. ny bateria lithium ion amin’ny tontolo iainana ambany hafanana.

Expert 2: Ny antony lehibe mametra ny fahombiazan’ny mari-pana ambany amin’ny bateria lithium-ion dia ny fanoherana ny fiparitahan’ny Li + amin’ny hafanana ambany, fa tsy ny sarimihetsika SEI.

Toetran’ny hafanana ambany amin’ny fitaovana cathode ho an’ny bateria lithium ion

1. Toetran’ny hafanana ambany amin’ny fitaovana cathode misy sosona

Ny rafitra sosona dia tsy vitan’ny hoe manana taham-pahavitrihana tsy manam-paharoa amin’ny fantsom-pifandraisana lithium ion diffusion tokana, fa manana ny fahamarinan-toerana ara-drafitra amin’ny fantsona telo. Io no fitaovana cathode ara-barotra voalohany indrindra ho an’ny bateria lithium ion. Ny singa solontenany dia LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 ary Li(Ni, Co, Mn)O2 sy ny sisa.

Xie Xiaohua et al. naka ny LiCoO2/MCMB ho toy ny fikarohana ary nanandrana ny toetran’ny fiampangana fandoavana hafanana ambany.

Ny valiny dia mampiseho fa miaraka amin’ny fihenan’ny mari-pana, ny sehatra fivoahana dia midina avy amin’ny 3.762V (0°C) mankany 3.207V (–30°C); ny totalin’ny fahafahan’ny batterie koa dia mihena be avy amin’ny 78.98mAh (0°C) ka hatramin’ny 68.55mAh (–30°C).

2. Toetran’ny hafanana ambany amin’ny fitaovana cathode misy spinel

Ny firafitry ny spinel akora cathode LiMn2O4 dia manana tombony amin’ny vidiny mora sy tsy misy poizina satria tsy misy singa Co.

Na izany aza, ny fiovaovan’ny valence an’ny Mn sy ny vokatry ny Jahn-Teller an’ny Mn3 + dia mitarika amin’ny tsy fandriam-pahalemana ara-drafitra sy ny tsy fitoviana amin’ity singa ity.

Peng Zhengshun et al. nanamarika fa ny fomba fanomanana samy hafa dia manana fiantraikany lehibe eo amin’ny electrochemical fampisehoana LiMn2O4 fitaovana cathode. Raiso ho ohatra ny Rct: ny Rct an’ny LiMn2O4 novolavolaina tamin’ny alàlan’ny fomba solid-phase hafanana dia ambony lavitra noho ny fomba sol-gel, ary tsy misy fiantraikany amin’ny litium io tranga io. Hita taratra koa ny coefficient diffusion. Ny antony dia ny fomba synthesis samihafa dia misy fiantraikany lehibe amin’ny kristaly sy ny morphologie ny vokatra.

3. Low mari-pana toetra ny cathode fitaovana ny phosphate rafitra

Noho ny fahamarinan-toerana sy ny fiarovana ny boky tsara indrindra, LiFePO4, miaraka amin’ny fitaovana ternary, dia lasa vatana lehibe amin’ny fitaovana cathode bateria ankehitriny. Ny fahombiazan’ny hafanana ambany ambany amin’ny lithium vy phosphate dia indrindra satria ny fitaovana ao aminy dia insulator, miaraka amin’ny conductivity elektronika ambany, diffusivity lithium ion mahantra, ary ny conductivity mahantra amin’ny hafanana ambany, izay mampitombo ny fanoherana anatiny ny bateria, izay misy fiantraikany be amin’ny polarization, ary voasakana ny fiampangana ny bateria sy ny fivoahana. Noho izany, ny mari-pana ambany Performance dia tsy mety.

Rehefa mianatra ny fitondran-tena fiampangana ny LiFePO4 amin’ny hafanana ambany, Gu Yijie et al. dia nahita fa ny fahombiazan’ny coulombika dia nidina avy amin’ny 100% amin’ny 55 ° C ka hatramin’ny 96% amin’ny 0 ° C ary 64% amin’ny -20 ° C, tsirairay avy; nihena avy amin’ny 3.11V amin’ny 55°C ny volkano mivoaka. Mihena ho 2.62V amin’ny -20°C.

Xing et al. nanova ny LiFePO4 tamin’ny nanocarbon ary nahita fa taorian’ny nampidirana ny nanocarbon conductive agent, ny fahombiazan’ny electrochemical LiFePO4 dia tsy dia nalaza loatra tamin’ny mari-pana, ary nihatsara ny fahombiazan’ny hafanana ambany; nitombo ny 4 tamin’ny 3.40 °CV ny 25V tamin’ny -3.09°C, ny fihenan’ny 25% fotsiny; ary ny fahombiazan’ny sela amin’ny -9.12 ° C dia 25%, izay ambony noho ny 57.3% ​​tsy misy mpitaingina conductive nano-karbonina.

Vao haingana, LiMnPO4 dia nahasarika olona maro. Ny fanadihadiana dia nahita fa ny LiMnPO4 dia manana tombony amin’ny fahafaha-manao avo lenta (4.1V), tsy misy loto, vidiny ambany ary fahaiza-manao manokana lehibe (170mAh / g). Na izany aza, noho ny ambany conductivity ionic ny LiMnPO4 noho ny LiFePO4, Fe dia matetika ampiasaina amin’ny ampahany manolo Mn mba hamorona LiMn0.8Fe0.2PO4 vahaolana mafy amin’ny fampiharana.

Toetran’ny mari-pana ambany amin’ny fitaovana anode ho an’ny bateria lithium ion

Raha ampitahaina amin’ny fitaovana electrode tsara, ny fahasimban’ny mari-pana ambany amin’ny fitaovana elektrika ratsy amin’ny batterie lithium ion dia lehibe kokoa, indrindra noho ireto antony telo ireto:

Rehefa mamaly sy mamoaka amin’ny mari-pana ambany sy ny tahan’ny avo, ny bateria dia tena polarized, ary be dia be ny metaly Lithium napetraka eo amin’ny ambonin’ny ratsy electrode, ary ny fanehoan-kevitra vokatry ny metaly Lithium sy electrolyte amin’ny ankapobeny tsy manana conductivity;

Avy amin’ny fomba fijery thermodynamic, ny electrolyte dia misy vondrona polar be dia be toy ny CO sy CN, izay afaka mihetsika amin’ny fitaovana electrode ratsy, ary ny sarimihetsika SEI miforona dia mora kokoa amin’ny hafanana ambany;

Ny electrode karbaona ratsy dia sarotra ny intercalate lithium amin’ny hafanana ambany, ary misy fiampangana asymmetrika sy fivoahana.

picture

Fikarohana momba ny Electrolyte Mafana ambany

Ny electrolyte dia mitana anjara toerana amin’ny fitaterana Li + amin’ny batteries lithium-ion, ary ny conductivity ionic sy ny toetran’ny SEI film-forming dia misy fiantraikany lehibe amin’ny fahombiazan’ny bateria amin’ny hafanana ambany. Misy tondro telo lehibe hitsarana ny tombony sy ny tsy fahampian’ny electrolytes ambany mari-pana: conductivity ionic, fikandrana electrochemical ary ny fihenjanan’ny electrode. Ny haavon’ireo tondro telo ireo dia miankina betsaka amin’ny fitaovana misy azy: solvent, electrolyte (lithium sira), ary additives. Noho izany, ny fikarohana momba ny fahombiazan’ny hafanana ambany amin’ny ampahany tsirairay amin’ny electrolyte dia manan-danja lehibe amin’ny fahatakarana sy ny fanatsarana ny fahombiazan’ny mari-pana ambany amin’ny bateria.

Raha ampitahaina amin’ny karibonetra rojo, ny toetran’ny mari-pana ambany amin’ny electrolytes mifototra amin’ny EC, ny karbônina cyclic dia manana rafitra mirindra, hery miasa lehibe, ary teboka mitsonika sy viscosity ambony kokoa. Na izany aza, ny polarity lehibe entin’ny firafitry ny peratra mahatonga azy matetika manana dielectric constant. Ny dielectric tsy tapaka, ny conductivity ionic avo, ary ny fananana sarimihetsika tsara indrindra amin’ny solvents EC dia manakana ny fampidirana ireo molekiola solvent, ka mahatonga azy ireo ho tena ilaina. Noho izany, ny ankamaroan’ny rafitra electrolyte ambany hafanana matetika dia mifototra amin’ny EC, ary avy eo dia nafangaro ny solvent molekiola kely miaraka amin’ny teboka levona ambany.

Ny sira Lithium dia singa manan-danja amin’ny electrolyte. Lithium sira ao amin’ny electrolyte tsy afaka manatsara ny ionic conductivity ny vahaolana, fa koa mampihena ny diffusion halaviran’ny Li + ao amin’ny vahaolana. Amin’ny ankapobeny, ny lehibe kokoa ny fifantohan’ny Li + ao amin’ny vahaolana, ny lehibe kokoa ny ionic conductivity. Na izany aza, ny fifantohan’ny ion lithium ao amin’ny electrolyte dia tsy mifandray amin’ny fifantohana amin’ny sira lithium, fa parabolic. Izany dia satria ny fifantohan’ny litium ion ao amin’ny solvent dia miankina amin’ny tanjaky ny dissociation sy ny fikambanan’ny sira lithium ao amin’ny solvent.

Fikarohana momba ny Electrolyte Mafana ambany

Ho fanampin’ny firafitry ny batterie mihitsy, dia hisy fiantraikany lehibe amin’ny fampandehanana ny bateria ihany koa ny anton-javatra amin’ny fampandehanana tena izy.
(1) Dingana fanomanana. Yaqub et al. nandinika ny vokatry ny electrode entana sy ny coating hatevin’ny ambany mari-pana fampisehoana LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / grafit bateria ary nahita fa eo amin’ny lafiny fitazonana fahafahana, ny kely kokoa ny electrode entana sy ny thinner ny coating sosona, ny tsara kokoa ny ambany. fampisehoana maripana. .

(2) Fanjakan’ny fiampangana sy fanalana. Petzl et al. dia nandinika ny fiantraikan’ny fandoavana ny hafanana ambany amin’ny fiainana tsingerin’ny bateria, ary hita fa rehefa lehibe ny halalin’ny fivoahana, dia hiteraka fatiantoka lehibe kokoa izany ary hampihena ny fiainan’ny tsingerina.

(3) Antony hafa. Ny velaran-tany, ny haben’ny pore, ny hakitroky ny electrode, ny fahavoan’ny electrode sy ny electrolyte, ary ny separator, sns, dia misy fiantraikany amin’ny fahombiazan’ny bateria lithium-ion amin’ny hafanana ambany. Fanampin’izany, tsy azo tsinontsinoavina ny fiantraikan’ny tsy fahampian’ny fitaovana sy ny fizotran’ny hafanana ambany amin’ny bateria.

Fintino

Mba hiantohana ny fahombiazan’ny mari-pana ambany amin’ny bateria lithium-ion, ireto teboka manaraka ireto dia mila atao:

(1) Manaova sarimihetsika SEI manify sy matevina;

(2) Ataovy azo antoka fa ny Li + dia manana coefficient diffusion lehibe amin’ny fitaovana mavitrika;

(3) Ny electrolyte dia manana conductivity ionic avo amin’ny hafanana ambany.

Ankoatra izany, ny fikarohana dia afaka mahita fomba hafa hijerena karazana lithium-ion bateria-all-solid-state lithium-ion bateria. Raha ampitahaina amin’ny batteries lithium-ion mahazatra, ny batteries lithium-ion solid-state rehetra, indrindra fa ny batteries lithium-ion film manify rehetra, dia antenaina hamaha tanteraka ny olana amin’ny fahapotehan’ny fahafaha-manao sy ny fiarovana amin’ny tsingerina rehefa ampiasaina ny bateria. ambany mari-pana. c