د لیتیم بیټرۍ به د دوی د کارولو پرمهال د مختلف چاپیریالونو سره مخ شي. په ژمي کې د چين په شمال کې د تودوخې درجه اکثرا د سانتي ګراد له صفر او يا حتی تر -0 درجو پورې وي. کله چې د بیټرۍ د چارج کولو او خارجولو تودوخه د 10 ℃ څخه ښکته وي، د لیتیم بیټرۍ د چارج کولو او خارجولو ظرفیت او ولتاژ به په چټکۍ سره کم شي. دا ځکه چې په الیکټرولایټ، SEI او ګرافیت ذراتو کې د لیتیم ایون حرکت په ټیټ حرارت کې کم شوی. د دې ډول سخت ټیټ تودوخې چاپیریال به په لازمي ډول د لوړې ځانګړي سطحې ساحې سره د لیتیم فلزاتو باران لامل شي.

د لوړې ځانګړې سطحې ساحې سره د لیتیم باران د لیتیم بیټرۍ د ناکامۍ میکانیزم یو له خورا مهم لاملونو څخه دی ، او همدارنګه د بیټرۍ خوندیتوب لپاره یوه مهمه ستونزه ده. دا ځکه چې دا د سطحې ډیره لویه ساحه لري، د لیتیم فلز ډیر فعال او د اور سوځیدونکی دی، د لوړ سطح ساحه ډینډرایټ لیتیم دی چې لږ لوند هوا سوځیدلی شي.

د بریښنایی وسایطو د بیټرۍ ظرفیت ، رینج او بازار ونډې ښه کولو سره ، د بریښنایی موټرو خوندیتوب اړتیاوې ورځ تر بلې سختیږي. په ټیټ حرارت کې د بریښنا بیټرۍ فعالیت کې بدلونونه څه دي؟ د یادولو وړ امنیتي اړخونه کوم دي؟

1.18650 د کریوجنیک سایکل تجربه او د بیټرۍ بې ځایه کولو تحلیل

د 18650 بیټرۍ (2.2A, NCM523 / ګرافیت سیسټم) د یو ځانګړي چارج – خارج کیدو میکانیزم لاندې د 0 ℃ په ټیټ حرارت کې سمول شوی. د چارج کولو او خارجولو میکانیزم دا دی: د CC-CV چارج کول، د چارج نرخ 1C دی، د چارج کولو کټ آف ولټاژ 4.2V دی، د چارج کولو کټ آف کرنټ 0.05c دی، بیا د CC ډیسچارج 2.75V ته. لکه څنګه چې د بیټرۍ SOH د 70٪ -80٪ ​​په عمومي ډول د بیټرۍ پای حالت (EOL) په توګه تعریف شوی. له همدې امله، په دې تجربه کې، بیټرۍ پای ته رسیږي کله چې د بیټرۍ SOH 70٪ وي. د پورتنیو شرایطو لاندې د بیټرۍ سایکل وکر په 1 (a) شکل کې ښودل شوی. د Li MAS NMR تحلیل د دورانی او غیر گردشی بیټریو په قطبونو او ډایفراګمونو کې ترسره شوی، او د کیمیاوي بې ځایه کیدو پایلې په 1 (b) شکل کې ښودل شوي.

شکل 1. د حجرو دورې وکر او د لی MAS NMR تحلیل

د کریوجنیک دورې ظرفیت په لومړیو څو دورو کې لوړ شو، وروسته د ثابت کمښت سره، او SOH د 70 څخه لږ دورو کې د 50٪ څخه کم شو. د بیټرۍ د جلا کولو وروسته، دا وموندل شوه چې د انوډ په سطحه د سپینو زرو خړ ​​موادو یو طبقه شتون لري، کوم چې د لیتیم فلز په توګه د گردش کولو انود موادو په سطحه زیرمه شوي. د لی MAS NMR تحلیل د دوه تجربوي پرتله کولو ګروپونو په بیټرۍ کې ترسره شوی، او پایلې یې په B شکل کې نور تایید شوي.

په 0ppm کې پراخه چوکۍ شتون لري، دا په ګوته کوي چې لیتیم پدې وخت کې په SEI کې شتون لري. د سایکل څخه وروسته، دویمه چوکۍ په 255 PPM کې ښکاري، کوم چې کیدای شي د انود موادو په سطحه د لیتیم فلز د باران له امله رامینځته شي. د دې لپاره چې نور تایید کړي چې ایا لیتیم ډینډریټونه واقعیا څرګند شوي، د SEM مورفولوژي لیدل شوې، او پایلې یې په 2 شکل کې ښودل شوي.

انځور

شکل 2. د SEM تحلیل پایلې

د انځورونو A او B په پرتله کولو سره، دا لیدل کیدی شي چې په انځور B کې د موادو یو موټی طبقه جوړه شوې، مګر دا طبقه په بشپړه توګه د ګرافیت ذرات نه پوښلي. د SEM میګنیفیکیشن نور هم پراخ شوی او د ستنې په څیر مواد په شکل D کې لیدل شوي، کوم چې ممکن د لوړې سطحې ساحې سره لیتیم وي (د ډینډرایټ لیتیم په نوم هم پیژندل کیږي). برسېره پردې، د لیتیم فلزي زیرمه د ډایفرام په لور وده کوي، او د هغې ضخامت د ګرافیت پرت ضخامت سره پرتله کولو سره لیدل کیدی شي.

د زیرمه شوي لیتیم بڼه په ډیری فکتورونو پورې اړه لري. لکه د سطحې اختلال، اوسنی کثافت، د چارج حالت، تودوخه، د الکترولیت اضافه کول، د الکترولیت جوړښت، پلي شوي ولتاژ او داسې نور. د دوی په منځ کې، د ټیټ تودوخې گردش او لوړ اوسني کثافت د لوړې سطحې ساحې سره د لیتیم فلز جوړولو لپاره خورا اسانه دي.

2. د بیټرۍ الکترود حرارتي ثبات تحلیل

TGA د غیر سرکول شوي او وروسته گردش شوي بیټرۍ الیکټروډونو تحلیل لپاره کارول کیده، لکه څنګه چې په 3 شکل کې ښودل شوي.

انځور

شکل 3. د منفي او مثبت الکترودونو TGA تحلیل (A. منفي الکترود B. مثبت الکترود)

لکه څنګه چې د پورته ارقامو څخه لیدل کیدی شي، غیر استعمال شوي الکترود په ترتیب سره په T≈260℃، 450℃ او 725℃ کې درې مهمې څوکې لري، دا په ګوته کوي چې په دې ځایونو کې د تاوتریخوالی تخریب، تبخیر یا د تخریب غبرګونونه واقع کیږي. په هرصورت، د الکترود ډله ایز زیان په 33℃ او 200℃ کې څرګند و. په ټیټ حرارت کې د تخریب عکس العمل د SEI جھلی د تخریب له امله رامینځته کیږي، البته، د الکترولیت جوړښت او نورو فکتورونو سره هم تړاو لري. د لیتیم فلز باران د لوړې ځانګړې سطحې ساحې سره د لیتیم فلز په سطحه د لوی شمیر SEI فلمونو رامینځته کیدو لامل کیږي ، کوم چې د ټیټ تودوخې دورې لاندې د بیټریو د ډله ایز ضایع کیدو لامل هم دی.

SEM نشي کولی د سایکلیک تجربې وروسته د کیتوډ موادو په مورفولوژي کې کوم بدلون ونه لیدل شي، او د TGA تحلیل ښودلې چې د لوړ کیفیت زیان شتون لري کله چې د تودوخې درجه د 400 ℃ څخه پورته وه. دا ډله ایز زیان ممکن د کیتوډ موادو کې د لیتیم کمښت له امله رامینځته شي. لکه څنګه چې په 3 (b) شکل کې ښودل شوي، د بیټرۍ د عمر سره، د NCM مثبت الکترود کې د لی محتوا په تدریجي ډول کمیږي. د SOH100٪ مثبت الکترود ډله ایز ضایع 4.2٪ دی، او د SOH70٪ مثبت الکترود 5.9٪ دی. په یوه کلمه کې، د دواړو مثبت او منفي الکترودونو د ډله ایز ضایع کچه د کریوجنیک دورې وروسته لوړیږي.

3. د الکترولیت الیکټرو کیمیکل عمر تحلیل

د بیټرۍ الکترولیټ باندې د ټیټ حرارت اغیز د GC/MS لخوا تحلیل شوی. د الکترولیت نمونې په ترتیب سره له نا عمره او زړو بیټریو څخه اخیستل شوي، او د GC/MS تحلیل پایلې په 4 شکل کې ښودل شوي.

انځور

شکل 4.GC/MS او FD-MS ازموینې پایلې

د غیر کریوجنیک سایکل بیټرۍ الکترولیت د بیټرۍ فعالیت ښه کولو لپاره DMC, EC, PC، او FEC, PS، او SN شامل دي. د DMC، EC او PC مقدار په غیر دوراني حجرو او گردش کولو حجرو کې یو شان دی، او د دوران څخه وروسته په الکترولیت کې اضافه SN (کوم چې د لوړ ولتاژ لاندې د مثبت الکترود الکترولیټیک مایع اکسیجن د تخریب مخه نیسي) کمیږي. ، نو دلیل یې دا دی چې مثبت الکترود د ټیټ تودوخې دورې لاندې په جزوي ډول ډیر چارج شوی. BS او FEC د SEI فلم جوړونکي اضافه کونکي دي ، کوم چې د مستحکم SEI فلمونو رامینځته کولو ته وده ورکوي. سربیره پردې ، FEC کولی شي د بایسکل ثبات او د بیټریو کولمب موثریت ته وده ورکړي. PS کولی شي د anode SEI حرارتي ثبات ته وده ورکړي. لکه څنګه چې د ارقامو څخه لیدل کیدی شي، د بیټرۍ د عمر سره د PS اندازه نه کمیږي. د FEC په مقدار کې تیز کمښت شتون درلود، او کله چې SOH 70٪ و، FEC حتی لیدل کیدی نشي. د FEC ورکیدل د SEI د دوامداره بیارغونې له امله رامینځته کیږي ، او د SEI تکرار بیا رغونه د کیتوډ ګرافائٹ سطح کې د لی دوامداره اورښت له امله رامینځته کیږي.

د بیټرۍ دورې وروسته د الیکټرولایټ اصلي محصول DMDOHC دی چې ترکیب یې د SEI جوړښت سره مطابقت لري. له همدې امله، په FIG کې د DMDOHC لوی شمیر. 4A د لوی SEI سیمو رامینځته کولو معنی لري.

4. د غیر کریوجنیک سایکل بیټرۍ د حرارتي ثبات تحلیل

ARC (چټک کالوریمیټر) ازموینې په غیر کریوجینک دورې او کریوجینک سایکل بیټرۍ کې د نیم اډیابیټ شرایطو او HWS حالت لاندې ترسره شوې. د Arc-hws پایلو وښودله چې د خارجي تودوخې غبرګون د بیټرۍ دننه له امله رامینځته شوی ، د بهرني محیطي تودوخې څخه خپلواک. د بیټرۍ دننه عکس العمل په دریو مرحلو ویشل کیدی شي، لکه څنګه چې په جدول 1 کې ښودل شوي.

انځور

د تودوخې جزوي جذب د ډایفرام تودوخې او د بیټرۍ د چاودنې په وخت کې واقع کیږي، مګر د ډایفرام حرارتي کول د ټول SHR لپاره د پام وړ ندي. لومړنی exothermic تعامل د SEI د تخریب څخه راځي، وروسته د تودوخې انډکشن د لیتیم ایونونو د ډیمبیډ کولو هڅولو، د ګرافیت سطحې ته د الکترونونو راتګ، او د SEI جھلی بیا تنظیم کولو لپاره د الکترونونو کمښت. د حرارتي ثبات ازموینې پایلې په 5 شکل کې ښودل شوي.

انځور

انځور

شکل 5. د Arc-hws پایلې (a) 0% SOC؛ (ب) 50 سلنه SOC؛ (c) 100 سلنه SOC؛ ډش شوي لینونه د لومړني exothermic عکس العمل تودوخې ، د تودوخې لومړني تودوخې او د تودوخې تیښتې تودوخې دي

انځور

شکل 6. د Arc-hws پایلې تشریح a. د تودوخې تیښتې تودوخه، د B.ID پیل کول، C. د تودوخې تیښتې ابتدايي تودوخه d. د exothermic غبرګون لومړنۍ تودوخه

د بیټرۍ ابتدايي خارجي تعامل (OER) د کریوجینک دورې پرته د 90 ℃ شاوخوا پیل کیږي او د SOC کمیدو سره په لین کې 125 ℃ ته لوړیږي ، دا په ګوته کوي چې OER په anode کې د لیتیم آئن حالت پورې خورا تکیه لري. د بیټرۍ لپاره د خارجیدو په پروسه کې ، د تخریب عکس العمل کې ترټولو لوړ SHR (د ځان تودوخې کچه) په شاوخوا 160 ℃ کې رامینځته کیږي ، او SHR به په لوړه تودوخه کې راټیټ شي ، نو د متقابل لیتیم ایون مصرف په منفي الیکټروډ کې ټاکل کیږي. .

تر هغه چې په منفي الیکټروډ کې کافي لیتیم آئن شتون ولري ، نو دا تضمین کیږي چې زیانمن شوی SEI بیا رغول کیدی شي. د کیتوډ موادو تودوخې تخریب به اکسیجن خوشې کړي، کوم چې به د الکترولیت سره اکسیډیز شي، په پای کې د بیټرۍ د حرارتي تیښتې چلند ته الر پیدا کوي. د لوړ SOC لاندې، د کیتوډ مواد په ډیر ډیلیتیم حالت کې دي، او د کیتوډ موادو جوړښت هم خورا بې ثباته دی. څه پیښیږي چې د حجرې حرارتي ثبات کمیږي ، د اکسیجن خوشې کیدو مقدار ډیریږي ، او د مثبت الیکټروډ او الیکټرولایټ ترمینځ عکس العمل په لوړه تودوخه کې تیریږي.

4. د ګازو د تولید په وخت کې د انرژۍ خوشې کول

د پوسټ سایکل بیټرۍ تحلیل کولو له لارې ، دا لیدل کیدی شي چې SHR د 32℃ شاوخوا په مستقیم کرښه کې وده کوي. د ګاز تولید په پروسه کې د انرژي خوشې کول په عمده ډول د تخریب عکس العمل له امله رامینځته کیږي ، کوم چې عموما د الیکټرولایټ تودوخې تخریب ګڼل کیږي.

د لیتیم فلز د لوړې ځانګړې سطحې ساحې سره د انوډ موادو په سطحه تیریږي، کوم چې د لاندې معادل لخوا څرګند کیدی شي.

انځور

په خپرونه کې، Cp د تودوخې ځانګړي ظرفیت دی، او △T د بیټرۍ د ځان تودوخې د تودوخې زیاتوالی د ARC ازموینه کې د تخریب غبرګون له امله رامینځته کیږي.

د ARC تجربو کې د 30 ℃ او 120 ℃ تر منځ د غیر محرک حجرو ځانګړي تودوخې ظرفیت ازمول شوي. exothermic تعامل په 125℃ کې واقع کیږي، او بیټرۍ د خارج کیدو په حالت کې ده، او هیڅ بل خارجي عکس العمل پدې کې مداخله نه کوي. په دې تجربه کې، CP د تودوخې سره خطي اړیکه لري، لکه څنګه چې په لاندې معادل کې ښودل شوي.

انځور

په ټول عکس العمل کې د خوشې شوي انرژي ټول مقدار د ځانګړي تودوخې ظرفیت سره یوځای کولو سره ترلاسه کیدی شي ، کوم چې په ټیټ تودوخې کې د هر حجرې عمر 3.3Kj دی. د حرارتي تیښتې په جریان کې خوشې شوي انرژي اندازه نشي محاسبه کیدی.

5. د ایکوپنکچر تجربه

د دې لپاره چې د بیټرۍ شارټ سرکټ تجربه باندې د بیټرۍ د عمر اغیز تایید کړي، د ستنې تجربه ترسره شوه. تجربې پایلې په لاندې شکل کې ښودل شوي:

انځور

لکه څنګه چې د ایکوپنکچر پایلې لپاره، A د ایکوپنکچر پروسې په جریان کې د بیټرۍ سطحه تودوخه ده، او B تر ټولو لوړه تودوخه ده چې ترلاسه کیدی شي.

دا د ارقامو څخه لیدل کیدی شي چې یوازې د 10-20 ℃ لږ توپیر شتون لري چې د زړو بیټرۍ له مینځه وړلو وروسته او نوې بیټرۍ (SOC 0٪) د اړتیا وړ ازموینې په واسطه. د زړو حجرو لپاره، مطلق تودوخه د adiabatic حالت لاندې T≈35℃ ته رسیږي، کوم چې د SHR≈0.04K/min سره مطابقت لري.

غیر فعاله بیټرۍ د 120 ثانیو وروسته د 30 ℃ اعظمي تودوخې ته رسیږي کله چې SOC 50٪ وي. د جول تودوخې خوشې شوې دې تودوخې ته د رسیدو لپاره کافي ندي ، او SHR د تودوخې د خپریدو مقدار څخه ډیر دی. کله چې SOC 50٪ وي، د عمر لرونکي بیټرۍ د حرارتي تیښتې په اړه یو څه ځنډ اغیزه لري، او د تودوخې درجه په چټکۍ سره 135℃ ته لوړیږي کله چې ستنه بیټرۍ ته داخل شي. د 135 ℃ څخه پورته ، د SHR زیاتوالی د بیټرۍ د تودوخې تیښتې لامل کیږي ، او د بیټرۍ د سطحې تودوخې 400 ℃ ته لوړیږي.

یو بل پدیده ولیدل شوه کله چې نوې بیټرۍ د ستنې په څنډه چارج شوې. ځینې ​​​​حجرې په مستقیم ډول حرارتي کنټرول له لاسه ورکوي، پداسې حال کې چې نور د حرارتي کنټرول له لاسه نه ورکوي کله چې د سطحې تودوخه د 125 ℃ لاندې ساتل کیږي. په بیټرۍ کې د ستنې له مینځلو وروسته د بیټرۍ مستقیم حرارتي کنټرول څخه یو ، د سطح تودوخه 700 ℃ ته ورسیده ، د المونیم ورق د مینځلو لامل شو ، د څو ثانیو وروسته ، قطب له بیټرۍ څخه جلا او جلا شو ، او بیا یې ایجیکشن ته اور واچاوه. د ګاز، او په پای کې د ټول شیل سور لامل شو. د مختلف پدیدو دوه ګروپونه فرض کیدی شي چې ډایفرام په 135 ℃ کې خړوبیږي. کله چې د تودوخې درجه د 135 ℃ څخه لوړه وي، ډیافرام ماتیږي او داخلي شارټ سرکټ څرګندیږي، ډیر تودوخه تولیدوي او په پای کې د تودوخې تیښتې المل کیږي. د دې تصدیق کولو لپاره ، د غیر حرارتي چلولو بیټرۍ جلا شوې او ډایفرام AFM ازمول شوی. پایلې وښودله چې د غشا په دواړو غاړو کې د غشا د خټکي لومړني حالت څرګند شوی، مګر د خړوب جوړښت لاهم په منفي اړخ کې څرګند شوی، مګر په مثبت اړخ کې نه.