Tá an gheimhridh ag teacht, féach ar an bhfeiniméan anailíse íseal-teocht ar chadhnraí litiam-ian

Cuireann a saintréithe cinéiteach isteach go mór ar fheidhmíocht cadhnraí litiam-ian. Toisc gur gá Li+ a dhíshuiteáil ar dtús nuair atá sé leabaithe san ábhar graifíte, caithfidh sé méid áirithe fuinnimh a ídiú agus bac a chur ar idirleathadh Li+ isteach sa graifít. Ar a mhalairt, nuair a scaoiltear Li + ón ábhar graifíte isteach sa réiteach, tarlóidh an próiseas réitigh ar dtús, agus ní gá tomhaltas fuinnimh a bheith ag an bpróiseas réitigh. Is féidir le Li+ an graifít a bhaint go tapa, rud a fhágann go mbíonn glacadh luchta i bhfad níos boichte ar an ábhar graifíte. I inghlacthacht urscaoileadh .

Ag teocht íseal, tá feabhas tagtha ar shaintréithe cinéiteach an leictreoid diúltach grafite agus tá siad níos measa. Dá bhrí sin, déantar polarú leictreamaiceimiceach an leictreoid dhiúltach a dhianú go mór le linn an phróisis mhuirearaithe, rud a d'fhéadfadh go n-eascraíonn deascadh litiam miotalach go héasca ar dhromchla an leictreoid diúltach. Tá sé léirithe ag taighde Christian von Lüders ó Ollscoil Theicniúil München, an Ghearmáin, go sáraíonn an ráta muirir ag -2 ° C C/2, agus go bhfuil méadú suntasach ar an méid deascadh litiam miotail. Mar shampla, ag an ráta C/2, tá an méid plating litiam ar an dromchla leictreoid codarsnach thart ar an muirear iomlán. 5.5% den acmhainn ach sroichfidh sé 9% faoi fhormhéadú 1C . Féadfaidh an litiam miotalach deasctha tuilleadh forbartha agus ar deireadh thiar go ndéanfaí dendrites litiam, ag polladh tríd an scairt agus ina chúis le gearrchiorcadú na n-leictreoidí dearfacha agus diúltacha. Dá bhrí sin, is gá an ceallraí litiam-ian a mhuirearú ag teocht íseal a sheachaint a oiread agus is féidir. Nuair a chaithfidh sé an ceallraí a mhuirearú ag teocht íseal, tá sé riachtanach sruth beag a roghnú chun an ceallraí litiam-ian a mhuirearú a oiread agus is féidir agus an ceallraí litiam-ian a stóráil go hiomlán tar éis é a mhuirearú chun a chinntiú go bhfuil an litiam miotalach deasctha as an leictreoid diúltach. is féidir imoibriú le graifít agus ath-leabaithe sa leictreoid graifít diúltach.

Bhain Veronika Zinth agus daoine eile de chuid Ollscoil Theicniúil München úsáid as díraonadh neodrón agus modhanna eile chun staidéar a dhéanamh ar iompar éabhlóid litiam cadhnraí litiam-ian ag teocht íseal -20 ° C . Is modh braite nua é díraonadh neodrón le blianta beaga anuas. I gcomparáid le XRD, tá díraonadh neodrón níos íogaire d'eilimintí solais (Li, O, N, etc.), agus mar sin tá sé an-oiriúnach le haghaidh tástála neamh-millteach ar chadhnraí litiam-ian.

Sa turgnamh, d'úsáid VeronikaZinth an ceallraí NMC111/graphite 18650 chun staidéar a dhéanamh ar iompar éabhlóid litiam cadhnraí litiam-ian ag teochtaí ísle. Déantar an ceallraí a mhuirearú agus a urscaoileadh le linn na tástála de réir an phróisis a thaispeántar san fhigiúr thíos.

Léiríonn an figiúr seo a leanas an t-athrú céime ar an leictreoid diúltach faoi SoCanna éagsúla le linn an dara timthriall muirir ag ráta C/30 a mhuirearú. Is féidir leis an chuma, ag 30.9% SoC, go bhfuil céimeanna an leictreoid diúltach den chuid is mó LiC12, Li1-XC18, agus méid beag Comhdhéanamh LiC6; tar éis don SoC dul thar 46%, leanann an déine díraonta LiC12 ag laghdú, agus leanann cumhacht LiC6 ag méadú. Mar sin féin, fiú tar éis an muirear deiridh a bheith críochnaithe, ós rud é nach bhfuil ach 1503mAh á mhuirearú ag teocht íseal (tá an cumas 1950mAh ag teocht an tseomra), tá LiC12 ann sa leictreoid diúltach. Abair go laghdaítear an sruth luchtaithe go C/100. Sa chás sin, is féidir leis an gceallraí fós cumas 1950mAh a fháil ag teocht íseal, rud a léiríonn go bhfuil an laghdú ar chumhacht cadhnraí litiam-ian ag teocht íseal go príomha mar gheall ar mheath na gcoinníollacha cinéiteach.

Taispeánann an figiúr thíos an t-athrú céime de graifít san leictreoid diúltach le linn luchtaithe de réir an ráta C/5 ag teocht íseal -20 ° C. Is féidir a fheiceáil go bhfuil an t-athrú céim ar graifít difriúil go mór i gcomparáid le muirearú ráta C/30. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr, nuair a bhíonn SoC> 40%, go laghdaítear neart chéim na ceallraí LiC12 faoin ráta muirir C/5 go suntasach níos moille, agus go bhfuil méadú ar neart chéim LiC6 i bhfad níos laige ná an C/30 freisin. ráta muirir. Léiríonn sé, ag ráta réasúnta ard C/5, go leanann níos lú LiC12 de litiam a idirghalaith agus a thiontú go LiC6.

Déanann an figiúr thíos comparáid idir na hathruithe céime ar an leictreoid dhiúltach graifíte agus é á mhuirearú ag rátaí C/30 agus C/5, faoi seach. Léiríonn an figiúr, le haghaidh dhá ráta muirir éagsúla, go bhfuil an chéim litiam-lag Li1-XC18 an-chosúil. Léirítear an difríocht go príomha sa dá chéim de LiC12 agus LiC6. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go bhfuil an treocht athraithe céim ar an leictreoid diúltach sách gar ag an gcéim tosaigh den mhuirearú faoin dá ráta muirir. Maidir leis an gcéim LiC12, nuair a shroicheann an cumas muirir 950mAh (49% SoC), tosaíonn an treocht athraitheach le feiceáil difriúil. Nuair a thagann sé 1100mAh (56.4% SoC), tosaíonn céim LiC12 faoin dá mhéaduithe bearna suntasach a thaispeáint. Nuair a bhíonn tú ag muirearú ag ráta íseal C/30, tá an meath ar chéim LiC12 an-tapa, ach tá titim chéim LiC12 ag an ráta C/5 i bhfad níos moille; is é sin le rá, go dtiocfaidh meath ar choinníollacha cinéiteach ionsáite litiam san leictreoid dhiúltach ag teocht íseal. , Ionas go mbeidh LiC12 intercalates litiam a thuilleadh a ghiniúint luas chéim LiC6 laghdú. Dá réir sin, méadaíonn céim LiC6 go han-tapa ag ráta íseal C/30 ach tá sé i bhfad níos moille ag ráta C/5. Léiríonn sé seo, ag an ráta C/5, go bhfuil níos mó petite Li leabaithe i struchtúr criostail na graifíte, ach is é an rud atá suimiúil ná go bhfuil cumas muirir na ceallraí (1520.5mAh) ag an ráta muirir C/5 níos airde ná an ráta muirir C. /30 ráta muirir. Tá an chumhacht (1503.5mAh) níos airde. Is dócha go mbeidh an Li breise nach bhfuil leabaithe sa leictreoid diúltach grafite deasctha ar an dromchla graifít i bhfoirm litiam miotalach. Cruthaíonn an próiseas seasta tar éis dheireadh an mhuirir é seo ón taobh - beagán.

Taispeánann an figiúr seo a leanas struchtúr céim an leictreoid dhiúltach graifíte tar éis é a mhuirearú agus tar éis é a fhágáil ar feadh 20 uair an chloig. Ag deireadh an mhuirearú, tá an chéim den leictreoid diúltach graifít an-difriúil faoin dá ráta muirir. Ag C/5, tá an cóimheas idir LiC12 san anóid graifíte níos airde, agus tá an céatadán LiC6 níos ísle, ach tar éis seasamh ar feadh 20 uair an chloig, tá an difríocht idir an dá cheann tar éis éirí íosta.

Taispeánann an figiúr thíos an t-athrú céim ar an leictreoid diúltach grafite le linn an phróisis stórála 20h. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr, cé go bhfuil céimeanna an dá leictreoid codarsnachta fós an-difriúil ag an tús, de réir mar a mhéadaíonn an t-am stórála, an dá chineál muirir Tá athrú an-dlúth tagtha ar chéim an anóid graifíte faoin formhéadú. Is féidir leanúint ar aghaidh le LiC12 a thiontú go LiC6 le linn an phróisis seilfeanna, rud a léiríonn go leanfaidh Li de bheith leabaithe sa graifít le linn an phróisis seilfeanna. Is dócha go mbeidh an chuid seo de Li litiam miotalach deascadh an dromchla an leictreoid graifít diúltach ag teocht íseal. Léirigh anailís bhreise, ag deireadh na muirearaithe ag an ráta C/30, gurbh é 68% an leibhéal idirghaolaithe litiam den leictreoid diúltach graifíte. Fós féin, tháinig méadú ar an méid intercalation litiam go 71% tar éis seilfeanna, méadú de 3%. Ag deireadh na muirearaithe ag an ráta C/5, ba é 58% an méid ionsáite litiam den leictreoid diúltach graifíte, ach tar éis é a fhágáil ar feadh 20 uair an chloig, mhéadaigh sé go 70%, méadú iomlán de 12%.

Léiríonn an taighde thuas, nuair a mhuirearaítear ag teocht íseal, go laghdóidh an cumas ceallraí mar gheall ar mheath na gcoinníollacha cinéiteach. Déanfaidh sé deascadh freisin ar an miotail litiam ar dhromchla an leictreoid diúltach mar gheall ar an laghdú ar an ráta ionsáite litiam graifít. Mar sin féin, tar éis tréimhse stórála, Is féidir an chuid seo de litiam miotalach a neadú sa graifít arís; in úsáid iarbhír, is minic a bhíonn an t-am seilf gearr, agus níl aon ráthaíocht ann go bhféadfar gach litiam miotalach a neadú isteach sa graifít arís, agus mar sin d'fhéadfadh sé a bheith ina chúis le roinnt litiam miotalach fós sa leictreoid diúltach. Cuirfidh dromchla na ceallraí litiam-ian isteach ar chumas na ceallraí litiam-ian agus féadfaidh sé dendrites litiam a tháirgeadh a chuireann sábháilteacht na ceallraí litiam-ian i mbaol. Dá bhrí sin, déan iarracht an ceallraí litiam-ian a mhuirearú ag teocht íseal a sheachaint. Íseal-sruth, agus tar éis a shocrú, a chinntiú go leor ama seilf chun deireadh a chur leis an litiam miotail sa leictreoid diúltach grafite.

Tagraíonn an t-alt seo go príomha do na doiciméid seo a leanas. Ní úsáidtear an tuarascáil ach chun saothair eolaíochta gaolmhara, teagasc sa seomra ranga agus taighde eolaíoch a thabhairt isteach agus a athbhreithniú. Ní le haghaidh úsáide tráchtála. Má tá aon cheisteanna cóipchirt agat, bíodh leisce ort teagmháil a dhéanamh linn.

1.Rátáil cumas na n-ábhar graifíte mar leictreoidí diúltacha i toilleoirí litiam-ian,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar,AG Pandolfo

2.Plátáil litiam i gcadhnraí litiam-ian arna imscrúdú ag maolú voltais agus díraonadh neodrón in situ,Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Lithium plating i gcadhnraí litiam-ian ag teochtaí fo-chomhthimpeallach arna imscrúdú ag díraonadh neodrón in situ, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles