Baytariyada lithium waxay la kulmi doonaan jawi kala duwan inta ay isticmaalayaan. Xilliga jiilaalka, heerkulka waqooyiga Shiinaha wuxuu badanaa ka hooseeyaa 0 ℃ ama xitaa -10 ℃. Marka ku dallacaadda iyo dallacaadda batteriga hoos loo dhigo 0 ℃, dallacaadda iyo dallacaadda batteriga lithium aad bay u yaraan doonaan. Tani waa sababta oo ah dhaqdhaqaaqa lithium ions ee electrolyte, SEI iyo qaybaha graphite ayaa hoos u dhacaya heerkulka hooseeya. Deegaanka heerkul hoose oo aad u adag ayaa si lama filaan ah u horseedi doona roobka birta lithium-ka oo leh meel sare oo gaar ah.

Roobabka lithium ee leh meel sare oo gaar ah ayaa ah mid ka mid ah sababaha ugu muhiimsan ee habka fashilinta baytariyada lithium, iyo sidoo kale dhibaatada muhiimka ah ee badbaadada batteriga. Tani waa sababta oo ah waxay leedahay aag aad u weyn, birta lithium waa mid aad u firfircoon oo gubanaysa, dusha sare ee dendrite lithium waa hawo qoyan oo yar waa la gubi karaa.

Iyada oo la wanaajinayo awoodda batteriga, kala duwanaanshaha iyo saamiga suuqa ee baabuurta korantada, shuruudaha badbaadada ee baabuurta korantada ayaa noqonaysa mid aad iyo aad u adag. Waa maxay isbeddelada ku yimaada waxqabadka baytariyada korantada ee heerkulka hooseeya? Waa maxay dhinacyada amniga mudan in la xuso?

1.18650 tijaabinta wareegga cryogenic iyo falanqaynta kala dirida batteriga

Batteriga 18650 (2.2A, NCM523/nidaamka garaafyada) waxaa lagu sawiray Heerkul hoose oo 0℃ ah oo hoos yimaada Nidaam lacag-bixineed gaar ah. Habka dallacaadda iyo dallacaadda waa: Ku dallacaadda CC-CV, ku dallacadu waa 1C, ku dallaca korantada goyntu waa 4.2V, ku dallaca goynta hadda waa 0.05c, ka dibna CC u dallacida 2.75V. Sida batteriga SOH ee 70% -80% guud ahaan lagu qeexay inuu yahay gobolka joojinta (EOL) ee batteriga. Sidaa darteed, tijaabadan, batteriga waa la joojinayaa marka SOH ee baytarigu yahay 70%. Qallooca meertada batteriga ee shuruudaha kore waxa lagu muujiyay sawirka 1 (a). Falanqaynta Li MAS NMR waxaa lagu sameeyay tiirarka iyo diaphragms ee baytariyada wareegaya iyo kuwa aan wareegayn, iyo natiijooyinka barokaca kiimikada ayaa lagu muujiyay sawirka 1 (b).

Jaantuska 1. Qallooca wareegga unugga iyo falanqaynta Li MAS NMR

Awoodda wareegga cryogenic ayaa kordhay dhowrkii wareeg ee ugu horreeyay, oo ay ku xigto hoos u dhac joogto ah, iyo SOH waxay hoos uga dhacday 70% in ka yar wareegyada 50. Ka dib markii la kala furfuray baytarigii, waxaa la ogaaday in ay jirto lakabka walxaha qalin-cawlan ee dusha sare ee anode-ka, kaas oo loo maleynayo inay tahay birta lithium ee lagu shubay dusha sare ee walxaha anode-wareega ah. Falanqaynta Li MAS NMR waxaa lagu sameeyay baytariyada labada kooxood ee isbarbardhigga tijaabada ah, natiijadiina waxaa lagu sii xaqiijiyay Jaantuska B.

Waxaa jira meel sare oo ballaaran oo ah 0ppm, taasoo muujineysa in lithium uu ka jiro SEI waqtigan. Wareegga ka dib, heerka ugu sarreeya wuxuu u muuqdaa 255 PPM, kaas oo laga yaabo inuu sameeyo roobabka birta lithium ee dusha sare ee walxaha anode. Si loo sii xaqiijiyo in lithium dendrites dhab ahaantii u muuqday, SEM morphology ayaa la arkay, natiijadiina waxaa lagu muujiyay sawirka 2.

Sawirka

Jaantus 2. Natiijooyinka falanqaynta SEM

Marka la barbardhigo sawirada A iyo B, waxaa la arki karaa in lakabka qaro weyn uu ka sameeyay sawirka B, laakiin lakabkaani si buuxda uma daboolin qaybaha garaafka. Weyneynta SEM ayaa la sii ballaadhiyay oo irbadda sida walxaha ayaa lagu arkay Jaantuska D, kaas oo noqon kara lithium oo leh meel sare oo gaar ah (sidoo kale loo yaqaan dendrite lithium). Intaa waxaa dheer, kaydinta birta lithium waxay u koraan dhinaca diaphragm, dhumucdeedana waxaa lagu arki karaa iyada oo la barbar dhigo dhumucda lakabka garaafka.

Qaabka lithium-ka la dhigo waxay ku xidhan tahay arrimo badan. Sida khalkhalka dusha sare, cufnaanta hadda, heerka dallacaadda, heerkulka, waxyaabaha lagu daro korantada, halabuurka elektrolytka, danabka codsan iyo wixii la mid ah. Waxaa ka mid ah, wareegga heerkulka hooseeya iyo cufnaanta sare ee hadda jira ayaa ah kuwa ugu fudud ee samaynta birta lithium cufan oo leh meel sare oo gaar ah.

2. Falanqaynta xasiloonida kulaylka ee electrode batteriga

TGA waxa loo isticmaalay in lagu falanqeeyo electrodes-ka baytariga aan la wareegayn iyo ka dib wareegay, sida ku cad Jaantuska 3.

Sawirka

Jaantuska 3. Falanqaynta TGA ee elektiroonigga taban iyo kuwa togan (A. Electrode xun B. Electrode togan)

Sida laga arki karo shaxanka kore, korantada aan la isticmaalin waxay leedahay saddex meelood oo muhiim ah oo kala ah T≈260℃, 450℃ iyo 725℃, siday u kala horreeyaan, taas oo muujinaysa in burburka rabshadaha, uumiga ama falcelinta sublimation ay ka dhacaan goobahan. Si kastaba ha ahaatee, khasaaraha ballaaran ee electrode ahaa cad at 33 ℃ iyo 200 ℃. Dareen-celinta burburka ee heerkulka hooseeya waxaa sababa kala-goynta xuubka SEI, dabcan, sidoo kale waxay la xiriirtaa isku-dhafka korantada iyo arrimo kale. Roobka birta lithium ee leh meel sare oo gaar ah waxay keenaysaa samaynta tiro badan oo filimaan SEI ah oo ku yaal dusha sare ee birta lithium, taas oo sidoo kale ah sababta khasaaraha ballaaran ee baytariyada hoos yimaada wareegga heerkulka hooseeya.

SEM ma aysan arki karin wax isbeddel ah oo ku yimaada qaab-dhismeedka maadada cathode ka dib tijaabada wareegga, iyo falanqaynta TGA waxay muujisay in ay jirto khasaaro tayo sare leh marka heerkulku ka sarreeyo 400 ℃. Khasaare ballaaran waxaa sababi kara hoos u dhaca lithium ee walxaha cathode. Sida ku cad Jaantuska 3 (b), iyada oo gabowga batteriga, waxa ku jira Li ee ku jira korantada togan ee NCM si tartiib tartiib ah hoos ayey u dhacdaa. Khasaaraha baaxadda leh ee SOH100% korantada togan waa 4.2%, iyo kan SOH70% korantada togan waa 5.9%. Eray ahaan, heerka luminta tirada guud ee korantada togan iyo kuwa taban ayaa kordha ka dib wareegga cryogenic.

3. Falanqaynta gabowga korantada ee korantada

Saamaynta heerkulka hooseeya ee elektrolytka baytariga waxaa falanqeeyay GC/MS. Tijaabooyin koronto ah ayaa laga soo qaaday baytariyo aan duugoobayn iyo kuwo da’ ah, siday u kala horreeyaan, iyo natiijooyinka falanqaynta GC/MS ayaa lagu muujiyay sawirka 4.

Sawirka

Jaantuska 4.GC/MS iyo FD-MS natiijooyinka imtixaanka

Electrolyte-ka batteriga wareegga aan-cryogenic ka kooban yahay DMC, EC, PC, iyo FEC, PS, iyo SN sida isku-dar ah si loo hagaajiyo waxqabadka batteriga. Qaddarka DMC, EC iyo PC ee unugga aan wareegga iyo wareegga wareegga waa isku mid, iyo SN-ku-darka ku jira electrolytka ka dib wareegga wareegga (taas oo ka hortagaysa kala-goynta dareeraha elektrolytka togan ee oksijiinta elektrolytka ee hoos yimaada koronta sare) waa la dhimay. , markaa sababtu waa in korantada togan ay qayb ahaan ka badan tahay wareegga heerkulka hooseeya. BS iyo FEC waa wax lagu daro filimada SEI, kuwaas oo kor u qaadaya samaynta filimada SEI xasilloon. Intaa waxaa dheer, FEC waxay hagaajin kartaa xasilloonida wareegga iyo waxtarka Coulomb ee baytariyada. PS waxay wanaajin kartaa xasiloonida kulaylka ee anode SEI. Sida laga arki karo shaxanka, qadarka PS-ku ma yaraado gabowga batteriga. Waxaa jiray hoos u dhac weyn oo ku yimid xaddiga FEC, iyo markii SOH uu ahaa 70%, FEC xitaa lama arki karo. Luminta FEC waxaa sababa dib u dhiska joogtada ah ee SEI, iyo dib u dhiska soo noqnoqda ee SEI waxaa sababa roobab joogto ah oo Li ah oo ku yaal dusha sare ee cathode graphite.

Badeecada ugu weyn ee elektrolytka ka dib wareegga batteriga waa DMDOHC, kaas oo isku-darkiisu uu la socdo sameynta SEI. Sidaa darteed, tiro badan oo DMDOHC ah oo ku jira FIG. 4A waxay tusinaysaa samaynta aagagga SEI ee waaweyn.

4. Falanqaynta xasiloonida kulaylka ee baytariyada wareegga aan-cryogenic

Tijaabooyinka ARC (Calorimeter-ka degdega ah) ayaa lagu sameeyay wareegga aan-cryogenic-ka iyo baytariyada wareegga cryogenic ee hoos yimaada xaaladaha quasi-adiabatic iyo qaabka HWS. Natiijooyinka Arc-hws waxay muujiyeen in falcelinta exothermic ay sababtay gudaha batteriga, oo ka madax bannaan heerkulka deegaanka dibadda. Falcelinta gudaha batteriga waxa loo qaybin karaa saddex marxaladood, sida ku cad shaxda 1.

Sawirka

Nuugista kulaylka qayb ahaan waxay dhacdaa inta lagu jiro kulaylka diaphragm iyo batteriga qarxa, laakiin kulaylka diaphragm waa mid dayacan SHR oo dhan. Dareen-celinta hore ee exothermic waxay ka timaadaa kala-goynta SEI, oo ay ku xigto kuleylka kuleylka si ay u keento qiyaasaha lithium ions, imaatinka elektarooniga ee dusha garaafka, iyo yaraynta electrons si dib loogu dhiso xuubka SEI. Natiijooyinka tijaabada xasiloonida kulaylka ayaa lagu muujiyay sawirka 5.

Sawirka

Sawirka

Jaantuska 5. Natiijooyinka Arc-hws (a) 0% SOC; (b) 50 boqolkiiba SOC; (c) 100 boqolkiiba SOC; Xadadka la jajabiyey waa heerkulka falcelinta exothermic ee bilowga ah, heerkulka bilawga ah ee ka cararka kulaylka iyo heerkulka ka cararka kulaylka

Sawirka

Jaantuska 6. Arc-hws fasiraada natiijada a. Heerkulka ka cararka kulaylka, Bilawga B.ID, C. Heerkulka hore ee ka cararka kulaylka d. Heerkulka hore ee falcelinta exothermic

Dareen-celinta hore ee exothermic (OER) ee baytariga iyada oo aan lahayn wareegga cryogenic wuxuu bilaabmaa qiyaastii 90 ℃ wuxuuna si toos ah u kordhaa ilaa 125 ℃, iyadoo hoos u dhaca SOC, oo muujinaya in OER uu aad ugu tiirsan yahay xaaladda lithium ion ee anode. Wixii batteriga ee habka dheecaanka, SHR ugu sarreeya (heerka is-kuleelka) ee falcelinta dumintu waxaa la abuuraa ee ku saabsan 160 ℃, iyo SHR hoos u dhigi doonaa heerkulka sare, sidaas isticmaalka ions lithium intercalated waxaa lagu go’aamiyaa at electrode xun. .

Ilaa iyo inta ay jiraan ion lithium ku filan oo ku jira korantada taban, waxaa la dammaanad qaaday in SEI-ga dhaawacan dib loo dhisi karo. Burburka kulaylka ee walxaha cathode ayaa sii deyn doona ogsijiinta, taas oo oksidhis ku samayn doonta elektrolytka, ugu dambeyntiina horseedi doonta habdhaqanka kuleylka kuleylka ee batteriga. Hoosta sare ee SOC, walxaha cathode waxay ku jiraan xaalad aad u sarreeya, iyo qaab-dhismeedka maaddada cathode sidoo kale waa kuwa ugu xasilloon. Maxaa dhacaya waa in xasiloonida kulaylka unugu hoos u dhacdo, qadarka oksijiinta la sii daayo ayaa kordheysa, falcelinta ka dhexeysa elektrooolka togan iyo electrolyte-ka ayaa la wareegaysa heerkul sare.

4. Tamarta la sii daayo inta lagu jiro abuurista gaaska

Iyadoo la falanqeynayo baytariga wareegga dambe, waxaa la arki karaa in SHR uu bilaabay inuu u koro xariiq toosan oo ku wareegsan 32 ℃. Siideynta tamarta ee habka soo saarista gaaska waxaa inta badan keena falcelinta burburka, taas oo guud ahaan loo maleynayo inay tahay kuleylka kuleylka ee electrolyte.

Birta Lithium ee leh meel sare oo gaar ah ayaa ku soo da’aysa dusha sare ee walxaha anode-ka, kaas oo lagu muujin karo isla’egta soo socota.

Sawirka

Shaacinta, Cp waa awooda kulaylka gaarka ah, iyo △T waxay ka dhigan tahay wadarta heerkulka is kulaylka ee kor u kaca ee batteriga uu sababay falcelinta kala-baxa ee tijaabada ARC.

Awoodaha kulaylka gaarka ah ee unugyada aan wareega lahayn ee u dhexeeya 30 ℃ iyo 120 ℃ ayaa lagu tijaabiyay tijaabooyinka ARC. Dareen-celinta exothermic waxay ku dhacdaa 125 ℃, batariguna wuxuu ku jiraa xaalad soo dayn ah, mana jiro fal-celin kale oo exothermic ah oo farageliya. Tijaabadaan, CP waxay leedahay xidhiidh toosan oo heerkul ah, sida lagu muujiyay isla’egta soo socota.

Sawirka

Tirada guud ee tamarta lagu sii daayo falcelinta oo dhan waxaa lagu heli karaa iyada oo la isku darayo awoodda kulaylka gaarka ah, taas oo ah 3.3Kj unug kasta oo gabowga heerkulka hooseeya. Qadarka tamarta la sii daayo inta lagu jiro ka cararka kulaylka lama xisaabin karo.

5. Tijaabada Acupuncture

Si loo xaqiijiyo saamaynta gabowga baytarigu ku leeyahay tijaabada wareegga gaaban ee baytariga, tijaabada irbadda ayaa la sameeyay. Natiijooyinka tijaabada ayaa lagu muujiyay sawirka hoose:

Sawirka

Sida natiijada acupuncture, A waa heerkulka dusha batteriga inta lagu jiro habka acupuncture, iyo B waa heerkulka ugu badan ee la gaari karo.

Waxaa laga arki karaa shaxanka in uu jiro farqi yar oo 10-20 ℃ ah oo u dhexeeya baytariga gabowga ka dib marka la sii daayo iyo batteriga cusub (SOC 0%) marka la isku duro tijaabada. Unugga da’da ah, heerkulka saxda ah wuxuu gaaraa T≈35℃ xaalad adiabatic ah, taas oo la socota SHR≈0.04K/min.

Batteriga aan la daboolin wuxuu gaaraa heerkulka ugu badan ee 120℃ 30 ilbiriqsi kadib marka SOC uu yahay 50%. Kuleylka joule ee la sii daayay kuma filna inuu gaaro heerkulkan, SHR-na wuxuu ka badan yahay xaddiga faafinta kulaylka. Marka SOC waa 50%, baytariga gabowga wuxuu leeyahay saameyn dib u dhac gaar ah oo ku saabsan ka cararka kulaylka, iyo heerkulku si aad ah ayuu u kacayaa ilaa 135 ℃ marka irbadda la geliyo batteriga. Wixii ka sarreeya 135 ℃, kororka SHR wuxuu keenaa kulaylka batteriga, iyo heerkulka dusha batteriga wuxuu kor u kacayaa 400 ℃.

Arrin ka duwan tii hore ayaa la arkay markii batteriga cusub lagu dalacay cirbadda. Unugyada qaarkood waxay si toos ah u lumiyeen xakamaynta kulaylka, halka qaar kalena aanay lumin xakamaynta kulaylka markii heerkulka dusha laga dhigay in ka hooseeya 125 ℃. Mid ka mid ah kulaylka tooska ah ee xakamaynta kulaylka ee baytariga ka dib markii irbadda la geliyo baytariga, heerkulka dusha sare wuxuu gaadhay 700 ℃, taas oo keentay in foil aluminiumku dhalaaliyo, dhowr ilbiriqsi ka dib, tiirkii ayaa dhalaalay oo laga soocay baytarigii, ka dibna shidiyay saarista. ee gaaska, oo ugu dambeyntii sababay in qolof dhan casaan. Labada kooxood ee ifafaale kala duwan ayaa loo qaadan karaa inay yihiin diaphragm dhalaalaysa 135 ℃. Marka heerkulku ka sarreeyo 135 ℃, diaphragm-ku wuu dhalaali oo wareegga gaaban ee gudaha ayaa soo baxaya, taas oo dhalinaysa kulayl badan oo ugu dambeyntii horseedaysa in kulaylku ka cararo. Si loo xaqiijiyo tan, baytariga ordaya ee aan kulaylka ahayn waa la kala saaray waxaana la tijaabiyay diaphragm-ka AFM. Natiijadu waxay muujisay in xaaladda bilawga ah ee dhalaalidda xuubka ay ka soo muuqdeen labada dhinac ee xuubka, laakiin qaab-dhismeedka daloolku wuxuu weli ka muuqday dhinaca xun, laakiin maaha dhinaca wanaagsan.