Libetri tsa lithium li tla kopana le maemo a fapaneng nakong ea ts’ebeliso ea tsona. Mariha, mocheso karolong e ka leboea ea Chaena hangata o ka tlase ho 0 ℃ kapa esita le -10 ℃. Ha mocheso oa ho tjhaja le ho tjhaja betri o theohile ka tlase ho 0 ℃, matla a ho tjhaja le a ho tjhaja le voltage ya betri ya lithium e tla fokotseha haholo. Lebaka ke hobane ho tsamaea ha li-ion tsa lithium ka electrolyte, SEI le likaroloana tsa graphite ho fokotsehile ka mocheso o tlaase. Tikoloho e joalo e thata ea mocheso o tlase e tla etsa hore ho be le pula ea tšepe ea lithium e nang le sebaka se phahameng se ikhethileng.

Pula ea lithium e nang le sebaka se phahameng se ikhethileng ke le leng la mabaka a bohlokoahali a ho hloleha ha betri ea lithium, hape ke bothata ba bohlokoa bakeng sa polokeho ea betri. Lebaka ke hobane e na le sebaka se seholo haholo, tšepe ea lithium e sebetsa haholo ebile e ka tuka, sebaka se phahameng sa dendrite lithium ke moea o monyenyane oa metsi o ka chesoa.

Ka ntlafatso ea matla a betri, mefuta e fapaneng le karolo ea mmaraka ea likoloi tsa motlakase, litlhoko tsa polokeho ea likoloi tsa motlakase li ntse li eketseha le ho feta. Ke liphetoho life tšebetsong ea libeteri tsa matla ka mocheso o tlase? Ke lintlha life tsa tšireletso tse lokelang ho elelloa?

1.18650 teko ea cryogenic cycle le tlhahlobo ea ho qhaqhoa ha betri

Betri ea 18650 (2.2A, NCM523/ graphite system) e ile ea etsisoa ka mocheso o tlase oa 0 ℃ tlas’a mochine o itseng oa ho ntša chelete. Mochini oa ho tjhaja le ho tjhaja ke: CC-CV charging, charger rate ke 1C, charger cut-off voltage ke 4.2V, charging cut-off current ke 0.05c, ebe CC discharge ho 2.75V. Joalo ha betri ea SOH ea 70% -80% hangata e hlalosoa e le boemo ba ho felisoa (EOL) ba betri. Ka hona, tekong ena, betri e felisoa ha SOH ea betri e le 70%. Mokokotlo oa potoloho ea betri tlas’a maemo a ka holimo o bontšitsoe setšoantšong sa 1 (a). Tlhahlobo ea Li MAS NMR e ile ea etsoa lipalong le li-diaphragm tsa libeteri tse potolohang le tse sa potolohang, ‘me liphello tsa ho tlosoa ha lik’hemik’hale li bontšitsoe ho Setšoantšo sa 1 (b).

Setšoantšo sa 1. Lekhalo la potoloho ea lisele le tlhahlobo ea Li MAS NMR

Bokhoni ba potoloho ea cryogenic bo ile ba eketseha ka mekhahlelo e seng mekae ea pele, e lateloa ke ho fokotseha ho tsitsitseng, ‘me SOH e theohile ka tlase ho 70% ka nako e ka tlaase ho 50. Ka mor’a ho qhaqholla betri, ho ile ha fumanoa hore ho na le lesela la silevera-grey holim’a anode, eo ho neng ho nkoa hore ke tšepe ea lithium e behiloeng holim’a lisebelisoa tsa anode tse potolohang. Tlhahlobo ea Li MAS NMR e entsoe ka libeteri tsa lihlopha tse peli tsa papiso ea liteko, ‘me liphetho li ile tsa tiisoa hape ho Setšoantšo sa B.

Ho na le tlhoro e pharalletseng ho 0ppm, e bonts’ang hore lithium e teng ho SEI ka nako ena. Ka mor’a potoloho, tlhōrō ea bobeli e hlaha ho 255 PPM, e ka ‘nang ea thehoa ke pula ea tšepe ea lithium holim’a lisebelisoa tsa anode. Ho netefatsa ka ho eketsehileng hore na lithium dendrites e hlile e hlahile, SEM morphology e ile ea hlokomeloa, ‘me liphello li bontšitsoe setšoantšong sa 2.

Setšoantšo

Setšoantšo sa 2. Liphetho tsa tlhahlobo ea SEM

Ka ho bapisa litšoantšo A le B, ho ka bonoa hore lesela le teteaneng la thepa le thehile setšoantšong sa B, empa lera lena ha lea koahela ka ho feletseng likaroloana tsa graphite. Ho hōlisa SEM ho ile ha atolosoa ka ho eketsehileng ‘me lisebelisoa tse kang nale li ile tsa bonoa Setšoantšong sa D, se ka’ nang sa e-ba le lithium e nang le sebaka se phahameng se phahameng (se tsejoang hape e le dendrite lithium). Ntle le moo, tšepe ea lithium e hola ho ea ho diaphragm, ‘me botenya ba eona bo ka bonoa ka ho e bapisa le botenya ba lera la graphite.

Sebopeho sa lithium se behiloeng se itšetlehile ka lintlha tse ngata. Tse kang bothata ba holim’a metsi, boima ba hona joale, boemo ba ho tjhaja, mocheso, li-additives tsa electrolyte, sebopeho sa electrolyte, motlakase o sebelisoang joalo-joalo. Har’a tsona, ho potoloha ha mocheso o tlase le boima bo phahameng ba hona joale ke tsona tse bonolo ka ho fetisisa ho theha tšepe ea lithium e nang le sebaka se phahameng se phahameng.

2. Tlhahlobo ea botsitso ba mocheso oa electrode ea betri

TGA e ne e sebelisetsoa ho sekaseka li-electrode tsa betri tse sa potolohang le tse ka morao ho potoloha, joalo ka ha ho bonts’itsoe ho Setšoantšo sa 3.

Setšoantšo

Setšoantšo sa 3. Tlhahlobo ea TGA ea li-electrode tse mpe le tse ntle (A. Electrode e mpe B. Positive electrode)

Joalokaha ho ka bonoa setšoantšong se ka holimo, electrode e sa sebelisoang e na le litlhōrō tse tharo tsa bohlokoa ho T≈260 ℃, 450 ℃ le 725 ℃ ka ho latellana, e leng se bontšang hore ho bola ho mabifi, ho fetoha mouoane kapa ho fetoha ha sublimation ho etsahala libakeng tsena. Leha ho le joalo, tahlehelo e boima ea electrode e ne e totobetse ho 33 ℃ le 200 ℃. Boitšoaro ba ho bola ka mocheso o tlase bo bakoa ke ho senyeha ha lera la SEI, ha e le hantle, hape le amana le sebopeho sa electrolyte le lintlha tse ling. Ho theoha ha tšepe ea lithium e nang le sebaka se phahameng se phahameng ho lebisa ho thehoeng ha palo e kholo ea lifilimi tsa SEI holim’a tšepe ea lithium, eo hape e leng lebaka la ho lahleheloa ke boima ba libeteri tlas’a potoloho e tlaase ea mocheso.

SEM e ne e sitoa ho bona liphetoho leha e le life tsa morphology ea thepa ea cathode ka mor’a teko ea cyclic, ‘me tlhahlobo ea TGA e bontšitse hore ho na le tahlehelo ea boleng bo phahameng ha mocheso o le ka holimo ho 400 ℃. Tahlehelo ena e boima e ka bakoa ke ho fokotseha ha lithium ka thepa ea cathode. Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 3 (b), ka botsofali ba betri, litaba tsa Li ka electrode e ntle ea NCM li fokotseha butle-butle. Tahlehelo e boima ea electrode e ntle ea SOH100% ke 4.2%, ‘me ea SOH70% e ntle ea electrode ke 5.9%. Ka mantsoe a mang, sekhahla sa tahlehelo ea boima ba li-electrode tse ntle le tse mpe li eketseha ka mor’a potoloho ea cryogenic.

3. Tlhahlobo ea botsofali ba electrochemical ea electrolyte

Tšusumetso ea mocheso o tlase ho electrolyte ea betri e ile ea hlahlojoa ke GC/MS. Mehlala ea elektrolyte e nkiloe ho libeteri tse sa tsofalang le tse tsofetseng ka ho latellana, ‘me liphetho tsa tlhahlobo ea GC/MS li bontšitsoe ho Setšoantšo sa 4.

Setšoantšo

Setšoantšo sa 4.GC/MS le liphetho tsa liteko tsa FD-MS

Electrolyte ea betri ea “non-cryogenic cycle” e na le DMC, EC, PC, le FEC, PS, le SN e le li-admixtures ho ntlafatsa tshebetso ea betri. Palo ea DMC, EC le PC ka seleng e sa potolohang le sele e potolohang e ts’oana, ‘me keketso ea SN ka electrolyte ka mor’a ho potoloha (e thibelang ho bola ha oksijene e ntle ea electrode electrolytic liquid tlas’a matla a phahameng) e fokotsehile. , kahoo lebaka ke hore eleketrode positive, ka karolo e itseng overcharged tlas’a tlaase mocheso potoloho. BS le FEC ke li-additives tse etsang lifilimi tsa SEI, tse khothalletsang ho thehoa ha lifilimi tse tsitsitseng tsa SEI. Ho feta moo, FEC e ka ntlafatsa botsitso ba potoloho le katleho ea Coulomb ea libeteri. PS e ka ntlafatsa botsitso ba mocheso oa anode SEI. Joalokaha ho ka bonoa setšoantšong, palo ea PS ha e fokotsehe le botsofali ba betri. Ho ne ho e-na le ho fokotseha ho hoholo ha palo ea FEC, ‘me ha SOH e ne e le 70%, FEC e ne e sa khone ho bonoa. Ho nyamela ha FEC ho bakoa ke ho tsosolosoa ho tsoelang pele ha SEI, ‘me ho tsosolosoa ha SEI khafetsa ho bakoa ke pula e tsoelang pele ea Li holim’a cathode graphite surface.

Sehlahisoa se seholo sa electrolyte ka mor’a potoloho ea betri ke DMDOHC, eo motsoako oa eona o lumellanang le ho thehoa ha SEI. Ka hona, palo e kholo ea DMDOHC ho FIG. 4A e bolela ho thehoa ha libaka tse kholo tsa SEI.

4. Tlhahlobo ea botsitso ba mocheso oa libeteri tse se nang cryogenic

Liteko tsa ARC (Accelerated calorimeter) li ile tsa etsoa ka potoloho e sa cryogenic le libeteri tsa cryogenic cycle tlas’a maemo a quasi-adiabatic le mokhoa oa HWS. Liphetho tsa Arc-hws li bonts’itse hore karabelo ea exothermic e bakiloe ke bokahare ba betri, ntle le mocheso o kantle oa mocheso. Boitšoaro ka har’a betri bo ka aroloa ka mekhahlelo e meraro, joalo ka ha ho bonts’itsoe ho Lethathamo la 1.

Setšoantšo

Mocheso o sa fellang o etsahala nakong ea thermalization ea diaphragm le ho phatloha ha betri, empa thermalization ea diaphragm ha e na thuso bakeng sa SHR kaofela. Phetoho ea pele ea exothermic e tsoa ho senyeha ha SEI, ho lateloa ke ho kenngoa ha mocheso ho etsa hore ho be le lithium ion, ho fihla ha lielektrone sebakeng sa graphite, le ho fokotseha ha lielektrone ho tsosolosa lera la SEI. Liphetho tsa tlhahlobo ea botsitso ba mocheso li bonts’oa ho Setšoantšo sa 5.

Setšoantšo

Setšoantšo

Setšoantšo sa 5. Liphetho tsa Arc-hws (a) 0%SOC; (b) liperesente tse 50 tsa SOC; (c) 100 persente SOC; Mehala e nang le methalo ke mocheso oa pele oa exothermic reaction, mocheso oa pele oa ho baleha oa mocheso le mocheso o balehang oa mocheso.

Setšoantšo

Setšoantšo sa 6. Tlhaloso ea sephetho sa Arc-hws a. Mocheso oa ho baleha oa mocheso, ho qala ha B.ID, C. Mocheso oa pele oa ho baleha ha mocheso d. Mocheso oa pele oa karabelo e makatsang

Karabelo ea pele ea exothermic (OER) ea betri ntle le cryogenic cycle e qala ho pota 90 ℃ mme e eketseha ka mokhoa o lekanang ho isa ho 125 ℃, ka ho fokotseha ha SOC, ho bontšang hore OER e itšetlehile haholo ka boemo ba lithium ion ho anode. Bakeng sa betri ts’ebetsong ea ts’ebetso, SHR e phahameng ka ho fetisisa (sekhahla sa ho itšehetsa) karabelong ea ho bola e hlahisoa hoo e ka bang 160 ℃, ‘me SHR e tla fokotseha ka mocheso o phahameng, kahoo tšebeliso ea li-ion tsa lithium tse kopantsoeng e khethoa ho electrode e mpe. .

Hafeela ho na le li-ion tsa lithium tse lekaneng ho electrode e mpe, ho tiisetsoa hore SEI e senyehileng e ka tsosolosoa. Ho senyeha ha mocheso oa thepa ea cathode ho tla lokolla oksijene, e tla oxidize le electrolyte, e qetellang e lebisa boitšoarong ba ho baleha ha betri. Tlas’a SOC e phahameng, thepa ea cathode e boemong bo phahameng ba delithium, ‘me sebopeho sa thepa ea cathode le eona ke eona e sa tsitsang ka ho fetisisa. Se etsahalang ke hore botsitso ba mocheso oa sele bo fokotseha, palo ea oksijene e lokolloa e eketseha, ‘me karabelo pakeng tsa electrode e ntle le electrolyte e nka mocheso o phahameng.

4. Ho lokolloa ha matla nakong ea tlhahiso ea khase

Ka tlhahlobo ea betri ea post-cycle, ho ka bonoa hore SHR e qala ho hola ka tsela e otlolohileng ho pota 32 ℃. Ho lokolloa ha matla nakong ea tlhahiso ea khase ho bakoa haholo-holo ke karabelo ea ho bola, eo ka kakaretso e nkoang e le ho senyeha ha mocheso oa electrolyte.

Lithium tšepe e nang le sebaka se phahameng se phahameng se holimo se theoha holim’a lisebelisoa tsa anode, tse ka hlahisoang ke equation e latelang.

Setšoantšo

Phatlalatsong, Cp ke matla a khethehileng a mocheso, ‘me △T e emela kakaretso ea mocheso o futhumatsang oa betri o bakoang ke ho bola ha teko ea ARC.

Matla a khethehileng a mocheso oa lisele tse sa potolohang pakeng tsa 30 ℃ le 120 ℃ li ile tsa lekoa litekong tsa ARC. Karabelo ea exothermic e etsahala ho 125 ℃, mme betri e maemong a ho tsoa, ​​’me ha ho na karabelo e ‘ngoe ea exothermic e e sitisang. Tekong ena, CP e na le kamano e lekanang le mocheso, joalo ka ha ho bonts’itsoe ho equation e latelang.

Setšoantšo

Kakaretso ea matla a lokolloa karabelong eohle e ka fumanoa ka ho kopanya matla a khethehileng a mocheso, e leng 3.3Kj ka sele e tsofalang ka mocheso o tlase. Palo ea matla a tsoang nakong ea ho baleha ha mocheso e ke ke ea baloa.

5. Teko ea Acupuncture

E le ho netefatsa tšusumetso ea botsofali ba betri tekong ea potoloho e khutšoanyane ea betri, teko ea nale e ile ea etsoa. Liphetho tsa liteko li bontšoa setšoantšong se ka tlase:

Setšoantšo

Ha e le sephetho sa acupuncture, A ke mocheso o holim’a betri nakong ea ts’ebetso ea acupuncture, ‘me B ke mocheso o phahameng ka ho fetisisa o ka finyelloang.

E ka bonoa ho tloha setšoantšong hore ho na le phapang e fokolang feela ea 10-20 ℃ pakeng tsa betri ea botsofali ka mor’a ho tsoa le betri e ncha (SOC 0%) ka ho hloka tlhahlobo. Bakeng sa sele e tsofetseng, mocheso o feletseng o fihla T≈35℃ tlas’a boemo ba adiabatic, bo lumellanang le SHR≈0.04K/min.

Betri e sa sebetseng e fihla mocheso o phahameng oa 120 ℃ ka mor’a metsotsoana e 30 ha SOC e le 50%. Mocheso oa joule o lokollotsoeng ha oa lekana ho fihlela mocheso ona, ‘me SHR e feta palo ea mocheso oa mocheso. Ha SOC e le 50%, betri ea botsofali e na le phello e itseng ea ho lieha ha mocheso, ‘me mocheso o nyoloha haholo ho 135 ℃ ha nale e kenngoa ka har’a betri. Ka holimo ho 135 ℃, keketseho ea SHR e baka hore betri e balehe ka mocheso, ‘me mocheso o holim’a betri o nyolohela ho 400 ℃.

Ho ile ha hlokomeloa ketsahalo e fapaneng ha betri e ncha e ne e qosoa ka ho hlajoa ke nale. Lisele tse ling li ile tsa lahleheloa ke taolo ea mocheso ka kotloloho, athe tse ling ha lia ka tsa lahleheloa ke taolo ea mocheso ha mocheso oa bokaholimo o ne o bolokiloe ka tlase ho 125 ℃. E ‘ngoe ea taolo e tobileng ea mocheso oa betri ka mor’a nale ka har’a betri, mocheso oa holim’a metsi o fihlile ho 700 ℃, o etsa hore foil ea aluminium e qhibilihe, ka mor’a metsotsoana e seng mekae, palo e ile ea qhibiliha ebe e arohanngoa le betri, ebe e chesa ejection. ea khase, ‘me qetellong ea etsa hore khetla eohle e be khubelu. Lihlopha tse peli tsa liketsahalo tse fapaneng li ka nkoa e le hore diaphragm e qhibiliha ho 135 ℃. Ha mocheso o le holimo ho 135 ℃, diaphragm ea qhibiliha ebe potoloho e khuts’oane ea kahare e hlaha, e hlahisang mocheso o mongata mme qetellong e lebisa ho phallo ea mocheso. Ho netefatsa sena, beteri e sa theoheng mocheso e ile ea qhaqhoa ‘me diaphragm ea lekoa AFM. Liphello li bontšitse hore boemo ba pele ba ho qhibiliha ha lera bo hlahile mahlakoreng ka bobeli a lera, empa sebopeho sa porous se ntse se hlaha ka lehlakoreng le lebe, empa eseng ka lehlakoreng le letle.