Ny bateria litium dia hihaona amin’ny tontolo samihafa mandritra ny fampiasana azy. Amin’ny ririnina, ny mari-pana any avaratr’i Shina dia matetika ambanin’ny 0 ℃ na -10 ℃ mihitsy aza. Rehefa midina ambanin’ny 0 ℃ ny mari-pana famenoana sy famotsorana ny bateria, dia hihena be ny fahafahan’ny fiampangana sy famotsorana ary ny voltase an’ny bateria lithium. Izany dia satria mihena amin’ny hafanana ambany ny fivezivezen’ny litium ion amin’ny electrolyte, SEI ary ny poti-grafit. Ny tontolo manodidina ny mari-pana ambany henjana toy izany dia tsy maintsy hitarika amin’ny rotsak’orana metaly lithium manana velaran-tany manokana.

Ny rotsak’orana Lithium miaraka amin’ny velaran-tany manokana dia iray amin’ireo antony manan-danja indrindra amin’ny tsy fahombiazan’ny bateria lithium, ary olana lehibe amin’ny fiarovana ny bateria. Izany dia satria manana faritra be dia be izy io, ny metaly lithium dia tena mavitrika sy mora mirehitra, ny lithium dendrite ambony dia misy rivotra mando kely azo may.

Miaraka amin’ny fanatsarana ny fahafahan’ny bateria, ny faritra ary ny tsenan’ny fiara elektrika, dia mihamafy hatrany ny fepetra fiarovana amin’ny fiara elektrika. Inona avy ireo fiovana eo amin’ny fiasan’ny bateria herinaratra amin’ny hafanana ambany? Inona avy ireo lafiny fiarovana tokony homarihina?

1.18650 fanandramana tsingerina cryogenic sy famakafakana ny famongorana ny bateria

Ny batterie 18650 (2.2A, NCM523 / rafitra graphite) dia novolavolaina tamin’ny mari-pana ambany 0 ℃ eo ambanin’ny mekanika fiampangana iray. Ny mekanika fiampangana sy famotsorana dia: CC-CV fiampangana, fiampangana ny tahan’ny dia 1C, fiampangana tapaka-off malefaka dia 4.2V, mamaly ny fanapahan-jiro dia 0.05c, avy eo CC fivoahana ho 2.75V. Satria ny bateria SOH amin’ny 70% -80% dia faritana amin’ny ankapobeny ho ny fanjakana famaranana (EOL) an’ny bateria. Noho izany, amin’ity fanandramana ity, tapaka ny bateria rehefa 70% ny SOH an’ny bateria. Ny fihodinan’ny bateria eo ambanin’ny fepetra etsy ambony dia aseho amin’ny sary 1 (a). Ny fanadihadiana Li MAS NMR dia natao teo amin’ny tsato-kazo sy ny diaphragm amin’ny bateria mivezivezy sy tsy mivezivezy, ary ny valin’ny fifindran’ny simika dia aseho amin’ny sary 1 (b).

Figure 1. Curve tsingerin’ny sela sy fanadihadiana Li MAS NMR

Nitombo ny fahafahan’ny tsingerina cryogenic tamin’ny tsingerina vitsivitsy voalohany, narahin’ny fihenan’ny tsy tapaka, ary ny SOH dia nilatsaka ambanin’ny 70% tao anatin’ny tsingerina latsaky ny 50. Taorian’ny famongorana ny bateria, dia hita fa nisy sosona akora volafotsy-volontsôkôlà teo ambonin’ny anode, izay noheverina ho metaly lithium napetraka teo ambonin’ny fitaovana anode mivezivezy. Ny famakafakana Li MAS NMR dia natao tamin’ny bateria an’ireo vondrona fampitahana andrana roa, ary nohamafisina bebe kokoa ny valiny ao amin’ny sary B.

Misy tampon’isa midadasika amin’ny 0ppm, manondro fa misy lithium ao amin’ny SEI amin’izao fotoana izao. Aorian’ny tsingerina, ny tampon’isa faharoa dia miseho amin’ny 255 PPM, izay mety ho voaforona amin’ny alàlan’ny rotsak’orana metaly lithium eo ambonin’ny fitaovana anode. Mba hanamafisana bebe kokoa raha tena niseho tokoa ny dendrites lithium, dia nojerena ny morphologie SEM, ary naseho tao amin’ny sary 2 ny valiny.

Ny sary

Sary 2. valin’ny fanadihadiana SEM

Amin’ny fampitahana ny sary A sy B, dia hita fa nisy sosona matevina miforona ao amin’ny sary B, saingy io sosona io dia tsy nandrakotra tanteraka ny poti-grafita. Nitombo bebe kokoa ny fanamafisam-peo SEM ary ny fitaovana toy ny fanjaitra dia voamarika ao amin’ny sary D, izay mety ho lithium manana velaran-tany manokana (fantatra amin’ny anarana hoe lithium dendrite). Ankoatra izany, mitombo mankany amin’ny diaphragm ny fametrahana metaly lithium, ary ny hateviny dia azo jerena amin’ny fampitahana azy amin’ny hatevin’ny sosona graphite.

Ny endriky ny lithium napetraka dia miankina amin’ny lafin-javatra maro. Toy ny korontana ambonin’ny, ankehitriny hakitroky, fiampangana sata, mari-pana, electrolyte additives, electrolyte composition, ampiharina malefaka sy ny sisa. Anisan’izany, ny fihodinan’ny mari-pana ambany sy ny hakitroky amin’izao fotoana izao no mora indrindra amin’ny fananganana metaly lithium matevina miaraka amin’ny velaran-tany manokana.

2. Famakafakana fahamarinan-toerana mafana amin’ny electrode bateria

Ny TGA dia nampiasaina handinihana ny electrodes bateria tsy nivezivezy sy nivezivezy, araka ny aseho amin’ny sary 3.

Ny sary

Figure 3. Famakafakana TGA ny electrodes ratsy sy tsara (A. Electrode ratsy B. Electrode Positive)

Araka ny hita avy amin’ny sary etsy ambony, ny electrode tsy ampiasaina dia manana tampony telo manan-danja amin’ny T≈260 ℃, 450 ℃ ary 725 ℃ tsirairay avy, izay manondro fa misy herisetra mahery vaika, etona na sublimation fanehoan-kevitra mitranga amin’ireo toerana ireo. Na izany aza, ny fahaverezan’ny faobe ny electrode dia miharihary amin’ny 33 ℃ sy 200 ℃. Ny fanehoan-kevitry ny décomposition amin’ny mari-pana ambany dia vokatry ny fahasimban’ny SEI membrane, mazava ho azy, mifandraika amin’ny firafitry ny electrolyte sy ny antony hafa. Ny rotsak’orana amin’ny metaly lithium miaraka amin’ny velaran-tany manokana avo lenta dia mitarika amin’ny fiforonan’ny sarimihetsika SEI marobe eo ambonin’ny metaly lithium, izay antony mahatonga ny fahaverezan’ny bateria eo ambanin’ny tsingerin’ny hafanana ambany.

Ny SEM dia tsy nahita fiovana teo amin’ny morphologie ny fitaovana cathode taorian’ny fanandramana cyclic, ary ny fanadihadiana TGA dia naneho fa nisy ny fahaverezan’ny kalitao avo lenta rehefa mihoatra ny 400 ℃ ny mari-pana. Ity fatiantoka faobe ity dia mety ho vokatry ny fihenan’ny lithium ao amin’ny fitaovana cathode. Araka ny asehon’ny sary 3 (b), miaraka amin’ny fahanteran’ny bateria, dia mihena tsikelikely ny votoatin’ny Li ao amin’ny electrode positive an’ny NCM. Ny fatiantoka faobe ny SOH100% electrode tsara dia 4.2%, ary ny an’ny SOH70% tsara electrode dia 5.9%. Raha lazaina amin’ny teny iray dia mitombo ny tahan’ny fatiantoka faobe amin’ny electrodes tsara sy ratsy aorian’ny tsingerin’ny cryogenic.

3. Famakafakana ny fahanterana elektronika ny electrolyte

Ny fiantraikan’ny hafanana ambany amin’ny electrolyte bateria dia nodinihina tamin’ny GC / MS. Ny santionan’ny electrolyte dia nalaina avy amin’ny batteries tsy antitra sy antitra, ary ny valin’ny fanadihadiana GC / MS dia aseho amin’ny sary 4.

Ny sary

Sary 4. Vokatry ny fitsapana GC/MS sy FD-MS

Ny electrolyte an’ny bateria tsingerin’ny cryogenic dia misy DMC, EC, PC, ary FEC, PS, ary SN ho toy ny admixtures hanatsarana ny fahombiazan’ny bateria. Ny habetsahan’ny DMC, EC sy PC ao amin’ny sela tsy mivezivezy sy ny sela mivezivezy dia mitovy, ary ny additive SN ao amin’ny electrolyte aorian’ny fiverimberenana (izay manakana ny fanimbana ny oksizenina electrolytika electrolyte tsara amin’ny alàlan’ny malefaka) dia mihena. , noho izany ny antony dia ny electrode tsara dia ampahany overcharge amin’ny ambany mari-pana tsingerin’ny. BS sy FEC dia SEI mamorona sarimihetsika additives, izay mampiroborobo ny fananganana sarimihetsika SEI marin-toerana. Ankoatr’izay, ny FEC dia afaka manatsara ny fahamarinan’ny tsingerina sy ny fahombiazan’ny bateria Coulomb. Ny PS dia afaka manatsara ny fahamarinan-toerana mafana amin’ny anode SEI. Araka ny hita amin’ny sary dia tsy mihena ny habetsaky ny PS amin’ny fahanteran’ny bateria. Nihena be ny habetsahan’ny FEC, ary rehefa 70% ny SOH dia tsy hita akory ny FEC. Ny fanjavonan’ny FEC dia vokatry ny fanavaozana tsy tapaka ny SEI, ary ny famerenana miverimberina ny SEI dia vokatry ny firotsahan’ny Li eo amin’ny tontolon’ny graphite cathode.

Ny vokatra lehibe amin’ny electrolyte aorian’ny tsingerin’ny bateria dia DMDOHC, izay mifanaraka amin’ny fananganana SEI ny synthesis. Noho izany, betsaka ny DMDOHC ao amin’ny FIG. 4A dia midika ho fananganana faritra lehibe SEI.

4. Famakafakana fahamarinan-toerana mafana amin’ny bateria tsingerina tsy cryogenic

Ny fitsapana ARC (Accelerated calorimeter) dia natao tamin’ny tsingerina tsy cryogenic sy ny batteries cryogenic amin’ny fepetra quasi-adiabatic sy ny fomba HWS. Ny valin’ny Arc-hws dia naneho fa ny fanehoan-kevitra exothermic dia vokatry ny ao anaty bateria, tsy miankina amin’ny hafanana ivelany ivelany. Ny fanehoan-kevitra ao anatin’ny bateria dia azo zaraina ho dingana telo, araka ny aseho amin’ny tabilao 1.

Ny sary

Ny fisondrotry ny hafanana amin’ny ampahany dia mitranga mandritra ny fanamafisana ny diaphragm sy ny fipoahan’ny bateria, fa ny fanamafisana ny diaphragm dia tsinontsinona ho an’ny SHR manontolo. Ny fanehoan-kevitry ny exothermic voalohany dia avy amin’ny fahapotehan’ny SEI, arahin’ny induction thermal mba hamporisihana ny deembedding ny litium ion, ny fahatongavan’ny elektrôna amin’ny graphite surface, ary ny fampihenana ny elektronika hamerenana indray ny membrane SEI. Ny valin’ny fitsirihana ny fahamarinan-toerana mafana dia aseho amin’ny sary 5.

Ny sary

Ny sary

Sary 5. Vokatra arc-hws (a) 0%SOC; b) 50 isan-jaton’ny SOC; (c) 100 isan-jato SOC; Ny tsipika tapaka dia ny hafanan’ny fanehoan-kevitra exothermic voalohany, ny mari-pana mandositra mafana voalohany ary ny mari-pana mandositra mafana

Ny sary

Sary 6. Fandikana ny vokatry ny Arc-hws a. Ny mari-pana mandositra mafana, fanombohana B.ID, C. Ny mari-pana voalohany amin’ny fitsoahana mafana d. Ny mari-pana voalohany amin’ny fanehoan-kevitra exothermic

Ny fanehoan-kevitra exothermic voalohany (OER) an’ny bateria tsy misy tsingerin’ny cryogenic dia manomboka amin’ny 90 ℃ ary mitombo tsikelikely mankany 125 ℃, miaraka amin’ny fihenan’ny SOC, izay manondro fa ny OER dia miankina tanteraka amin’ny toetry ny lithium ion ao amin’ny anode. Ho an’ny bateria amin’ny dingan’ny famoahana, ny SHR avo indrindra amin’ny fanehoan-kevitry ny décomposition dia miteraka eo amin’ny 160 ℃ eo ho eo, ary ny SHR dia hihena amin’ny hafanana avo, ka ny fanjifana ny litium intercalated dia voafaritra amin’ny electrode ratsy. .

Raha mbola misy ion lithium ampy ao amin’ny electrode négatif dia azo antoka fa azo amboarina indray ny SEI simba. Ny fahapotehan’ny hafanana amin’ny akora cathode dia hamoaka oksizenina, izay hihodinkodina miaraka amin’ny electrolyte, ary amin’ny farany dia mitarika amin’ny fitondran’ny batterie mafana. Eo ambanin’ny SOC avo, ny fitaovana cathode dia ao anatin’ny fanjakana delithium avo lenta, ary ny firafitry ny fitaovana cathode ihany koa no tsy miorina indrindra. Ny zava-mitranga dia mihena ny fahamarinan-toerana mafana ao amin’ny sela, mitombo ny habetsahan’ny oksizenina navoaka, ary ny fanehoan-kevitra eo amin’ny electrode positive sy ny electrolyte dia maka amin’ny hafanana ambony.

4. Famoahana angovo mandritra ny famokarana entona

Amin’ny alàlan’ny famakafakana ny bateria post-cycle dia hita fa manomboka mitombo amin’ny tsipika mahitsy manodidina ny 32 ℃ ny SHR. Ny famotsorana ny angovo ao anatin’ny dingan’ny famokarana entona dia vokatry ny fanehoan-kevitry ny décomposition, izay heverina amin’ny ankapobeny fa ny fahapotehan’ny hafanana amin’ny electrolyte.

Ny metaly litium manana velaran-tany manokana avo lenta dia mipoitra eo amin’ny tampon’ny fitaovana anode, izay azo aseho amin’ny alàlan’ny fika manaraka.

Ny sary

Ao amin’ny dokambarotra, Cp dia hafanana hafanana manokana, ary ny △T dia maneho ny fitambaran’ny fiakaran’ny mari-pana amin’ny bateria vokatry ny fanehoan-kevitra simba amin’ny fitsapana ARC.

Ny fahafahan’ny hafanana manokana amin’ny sela tsy miparitaka eo anelanelan’ny 30 ℃ sy 120 ℃ dia nosedraina tamin’ny fanandramana ARC. Ny fanehoan-kevitry ny exothermic dia mitranga amin’ny 125 ℃, ary ny bateria dia ao anaty fanjakana, ary tsy misy fanehoan-kevitra exothermic hafa manelingelina azy. Amin’ity andrana ity, ny CP dia manana fifandraisana tsipika amin’ny mari-pana, araka ny aseho amin’ity fika manaraka ity.

Ny sary

Ny totalin’ny angovo navoaka tamin’ny fanehoan-kevitra iray manontolo dia azo alaina amin’ny fampidirana ny hafanana manokana, izay 3.3Kj isaky ny fahanterana sela amin’ny hafanana ambany. Tsy azo kajy ny habetsahan’ny angovo navoaka nandritra ny fitsoahana mafana.

5. Fanandramana akupuncture

Mba hanamafisana ny fiantraikan’ny fahanteran’ny batterie amin’ny andrana fohy amin’ny batterie dia nisy fanandramana fanjaitra natao. Ny vokatra andrana dia aseho amin’ny sary etsy ambany:

Ny sary

Raha ny vokatry ny acupuncture, A dia ny maripanan’ny bateria mandritra ny dingan’ny acupuncture, ary ny B dia ny mari-pana ambony indrindra azo tratrarina.

Hita avy amin’ny sary fa misy fahasamihafana kely amin’ny 10-20 ℃ eo amin’ny bateria efa antitra aorian’ny fivoahana sy ny bateria vaovao (SOC 0%) amin’ny fitsapana fanjaitra. Ho an’ny sela antitra, ny mari-pana tanteraka dia mahatratra T≈35 ℃ amin’ny toe-javatra adiabatic, izay mifanaraka amin’ny SHR≈0.04K / min.

Ny bateria tsy manana taona dia mahatratra ny mari-pana ambony indrindra amin’ny 120 ℃ aorian’ny 30 segondra rehefa 50% ny SOC. Ny hafanana joule navoaka dia tsy ampy hahatratrarana io mari-pana io, ary ny SHR dia mihoatra ny habetsahan’ny fiparitahan’ny hafanana. Rehefa 50% ny SOC, ny bateria efa antitra dia misy fiantraikany amin’ny fandosirana mafana, ary ny mari-pana dia miakatra haingana amin’ny 135 ℃ rehefa ampidirina ao anaty batterie ny fanjaitra. Mihoatra ny 135 ℃, ny fitomboan’ny SHR dia miteraka fandosirana ny bateria, ary ny mari-pana amin’ny bateria dia miakatra hatramin’ny 400 ℃.

Nisy trangan-javatra hafa tsikaritra rehefa nisy fanindronana fanjaitra ny bateria vaovao. Ny sela sasany dia very mivantana ny fanaraha-maso mafana, raha ny hafa kosa tsy very ny fifehezana ny hafanana rehefa tazonina ambanin’ny 125 ℃ ny mari-pana. Ny iray amin’ireo fanaraha-maso mafana mivantana amin’ny bateria aorian’ny fanjaitra ao anaty batterie, dia nahatratra 700 ℃ ny mari-pana amin’ny tany, ka nahatonga ny foil aluminium hiempo, rehefa afaka segondra vitsy, dia levona ny tsato-kazo ary nisaraka tamin’ny bateria, ary avy eo dia nandrehitra ny ejection. entona, ary farany nahatonga ny akorany mena. Ireo vondrona roa misy trangan-javatra samihafa dia azo heverina fa ny diaphragm dia mitsonika amin’ny 135 ℃. Rehefa mihoatra ny 135 ℃ ny mari-pana dia mitsonika ny diaphragm ary mipoitra ny circuit short anatiny, miteraka hafanana bebe kokoa ary amin’ny farany dia mitarika ho amin’ny fandosirana mafana. Mba hanamarinana izany dia nesorina ny bateria tsy mafana ary notsapaina AFM ny diaphragm. Ny vokatra dia naneho fa ny toetry ny fikorianan’ny membrane dia niseho teo amin’ny andaniny roa amin’ny membrane, saingy ny rafitra porous dia mbola niseho tamin’ny lafiny ratsy, fa tsy tamin’ny lafiny tsara.