जाडो आउँदैछ, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको कम-तापमान विश्लेषण घटना हेर्नुहोस्

लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको कार्यसम्पादन तिनीहरूको काइनेटिक विशेषताहरूले धेरै प्रभावित हुन्छ। किनकी Li+ लाई पहिले ग्रेफाइट सामाग्रीमा इम्बेड गर्दा यसलाई विघटन गर्न आवश्यक छ, यसले निश्चित मात्रामा ऊर्जा खपत गर्न आवश्यक छ र ग्रेफाइटमा Li+ को प्रसारमा बाधा पुर्‍याउँछ। यसको विपरित, जब Li+ ग्रेफाइट सामग्रीबाट समाधानमा रिलिज हुन्छ, समाधान प्रक्रिया पहिले हुन्छ, र समाधान प्रक्रियालाई ऊर्जा खपत आवश्यक पर्दैन। Li+ ले ग्रेफाइटलाई तुरुन्तै हटाउन सक्छ, जसले ग्रेफाइट सामग्रीको महत्त्वपूर्ण रूपमा कमजोर चार्ज स्वीकृतिमा पुर्‍याउँछ। डिस्चार्ज स्वीकार्यता मा।

कम तापक्रममा, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको गतिज विशेषताहरू सुधारिएका छन् र खराब हुँदै गएका छन्। तसर्थ, नकारात्मक इलेक्ट्रोडको इलेक्ट्रोकेमिकल ध्रुवीकरण चार्ज गर्ने प्रक्रियाको क्रममा उल्लेखनीय रूपमा तीव्र हुन्छ, जसले सजिलैसँग नकारात्मक इलेक्ट्रोडको सतहमा धातु लिथियमको वर्षा हुन सक्छ। जर्मनीको म्युनिखको टेक्निकल युनिभर्सिटीका क्रिस्चियन भोन लुडर्सले गरेको अनुसन्धानले देखाएको छ कि -2 डिग्री सेल्सियसमा चार्ज दर C/2 भन्दा बढी हुन्छ, र धातु लिथियम वर्षाको मात्रा उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ। उदाहरणका लागि, C/2 दरमा, विपरित इलेक्ट्रोड सतहमा लिथियम प्लेटिङको मात्रा सम्पूर्ण चार्जको बारेमा हो। क्षमताको 5.5% तर 9C म्याग्निफिकेसन अन्तर्गत 1% पुग्नेछ। अवक्षेपित धातु लिथियम थप विकसित हुन सक्छ र अन्ततः लिथियम डेन्ड्राइट बन्न सक्छ, डायाफ्राम मार्फत छेड्दै र सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडको छोटो सर्किट हुन सक्छ। तसर्थ, सकेसम्म कम तापक्रममा लिथियम-आयन ब्याट्री चार्ज गर्नबाट जोगिन आवश्यक छ। जब यसले कम तापक्रममा ब्याट्री चार्ज गर्नुपर्दछ, लिथियम-आयन ब्याट्रीलाई सकेसम्म धेरै चार्ज गर्नको लागि सानो प्रवाह चयन गर्न आवश्यक छ र चार्ज गरेपछि लिथियम-आयन ब्याट्रीलाई पूर्ण रूपमा भण्डारण गर्न आवश्यक छ ताकि धातु लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोडबाट अवक्षेपित हुन्छ। ग्रेफाइटसँग प्रतिक्रिया गर्न सक्छ र नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडमा पुन: इम्बेड गर्न सक्छ।

भेरोनिका जिन्थ र म्युनिखको प्राविधिक विश्वविद्यालयका अन्यहरूले -20 डिग्री सेल्सियसको कम तापक्रममा लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको लिथियम इभोलुसन व्यवहार अध्ययन गर्न न्यूट्रोन विवर्तन र अन्य विधिहरू प्रयोग गरे। हालैका वर्षहरूमा न्यूट्रोन विवर्तन एक नयाँ पत्ता लगाउने विधि भएको छ। XRD सँग तुलना गर्दा, न्यूट्रोन विवर्तन प्रकाश तत्वहरू (Li, O, N, आदि) को लागी अधिक संवेदनशील छ, त्यसैले यो लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको गैर-विनाशकारी परीक्षणको लागि धेरै उपयुक्त छ।

प्रयोगमा, VeronikaZinth ले कम तापमानमा लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको लिथियम इभोलुसन व्यवहार अध्ययन गर्न NMC111/ग्रेफाइट 18650 ब्याट्री प्रयोग गर्‍यो। तलको चित्रमा देखाइएको प्रक्रिया अनुसार परीक्षणको क्रममा ब्याट्री चार्ज र डिस्चार्ज हुन्छ।

निम्न चित्रले C/30 दर चार्जिङमा दोस्रो चार्जिङ चक्रमा विभिन्न SoC अन्तर्गत नकारात्मक इलेक्ट्रोडको चरण परिवर्तन देखाउँछ। यस्तो लाग्न सक्छ कि 30.9% SoC मा, नकारात्मक इलेक्ट्रोडका चरणहरू मुख्यतया LiC12, Li1-XC18, र LiC6 रचनाको सानो मात्रा हो; SoC 46% नाघे पछि, LiC12 को विवर्तन तीव्रता घट्न जारी छ, जबकि LiC6 को शक्ति बढ्दै जान्छ। यद्यपि, अन्तिम चार्ज पूरा भएपछि पनि, कम तापक्रममा 1503mAh मात्र चार्ज गरिएको हुनाले (कक्षको तापक्रममा क्षमता 1950mAh छ), LiC12 ऋणात्मक इलेक्ट्रोडमा अवस्थित छ। मानौं चार्जिङ करन्ट C/100 मा घट्यो। त्यस अवस्थामा, ब्याट्रीले अझै पनि कम तापक्रममा 1950mAh को क्षमता प्राप्त गर्न सक्छ, जसले कम तापक्रममा लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको शक्तिमा कमी हुनु मुख्यतया काइनेटिक अवस्थाहरू बिग्रनुको कारण हो।

तलको चित्रले -5 डिग्री सेल्सियसको कम तापक्रममा C/20 दर अनुसार चार्ज गर्दा नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा ग्रेफाइटको चरण परिवर्तन देखाउँछ। यसले देख्न सक्छ कि ग्रेफाइटको चरण परिवर्तन C/30 दर चार्जको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा फरक छ। यो चित्रबाट देख्न सकिन्छ कि जब SoC>40%, C/12 चार्ज दर अन्तर्गत ब्याट्री LiC5 को चरण शक्ति उल्लेखनीय रूपमा कम हुन्छ, र LiC6 चरण शक्तिको वृद्धि पनि C/30 को तुलनामा धेरै कमजोर हुन्छ। चार्ज दर। यसले देखाउँछ कि C/5 को तुलनात्मक रूपमा उच्च दरमा, कम LiC12 ले लिथियमलाई इन्टरक्यालेट गर्न जारी राख्छ र LiC6 मा रूपान्तरण हुन्छ।

तलको चित्रले क्रमशः C/30 र C/5 दरहरूमा चार्ज गर्दा नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको चरण परिवर्तनहरू तुलना गर्दछ। फिगरले देखाउँछ कि दुई फरक चार्ज दरहरूको लागि, लिथियम-गरीब चरण Li1-XC18 धेरै समान छ। भिन्नता मुख्य रूपमा LiC12 र LiC6 को दुई चरणहरूमा प्रतिबिम्बित हुन्छ। यो चित्रबाट देख्न सकिन्छ कि नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा चरण परिवर्तन प्रवृत्ति दुई चार्ज दरहरू अन्तर्गत चार्जको प्रारम्भिक चरणमा अपेक्षाकृत नजिक छ। LiC12 चरणको लागि, जब चार्जिङ क्षमता 950mAh (49% SoC) पुग्छ, परिवर्तनको प्रवृत्ति फरक देखिन थाल्छ। जब यो 1100mAh (56.4% SoC) आउँछ, दुई म्याग्निफिकेसन अन्तर्गत LiC12 चरणले महत्त्वपूर्ण अन्तर देखाउन थाल्छ। C/30 को कम दरमा चार्ज गर्दा, LiC12 चरणको गिरावट धेरै छिटो हुन्छ, तर C/12 दरमा LiC5 चरणको गिरावट धेरै ढिलो हुन्छ; अर्थात्, नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा लिथियम सम्मिलनको गतिज अवस्था कम तापक्रममा बिग्रन्छ। , ताकि LiC12 ले LiC6 चरण गति कम गर्न लिथियम उत्पन्न गर्न थप intercalates। तदनुसार, LiC6 चरण C/30 को कम दरमा धेरै छिटो बढ्छ तर C/5 को दरमा धेरै ढिलो हुन्छ। यसले देखाउँछ कि C/5 दरमा, ग्रेफाइटको क्रिस्टल संरचनामा थप petite Li एम्बेड गरिएको छ, तर के चाखलाग्दो कुरा के छ भने C/1520.5 चार्ज दरमा ब्याट्रीको चार्ज क्षमता (5mAh) C मा भन्दा बढी छ। /30 चार्ज दर। पावर (1503.5mAh) उच्च छ। नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडमा सम्मिलित नभएको अतिरिक्त ली ग्रेफाइट सतहमा धातु लिथियमको रूपमा अवक्षेपण हुने सम्भावना छ। चार्जको अन्त्य पछि खडा हुने प्रक्रियाले पनि यो पक्षबाट प्रमाणित गर्दछ - थोरै।

निम्न चित्रले चार्ज गरिसकेपछि र २० घण्टाको लागि छोडेपछि नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको चरण संरचना देखाउँछ। चार्जिङको अन्त्यमा, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको चरण दुई चार्ज दरहरू अन्तर्गत धेरै फरक छ। C/20 मा, ग्रेफाइट एनोडमा LiC5 को अनुपात अधिक छ, र LiC12 को प्रतिशत कम छ, तर 6 घण्टा उभिएपछि, दुई बीचको भिन्नता न्यून भएको छ।

तलको चित्रले 20 घन्टा भण्डारण प्रक्रियाको क्रममा नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको चरण परिवर्तन देखाउँछ। यो चित्रबाट देख्न सकिन्छ कि यद्यपि दुई विरोधी इलेक्ट्रोडका चरणहरू सुरुमा अझै धेरै फरक छन्, भण्डारण समय बढ्दै जाँदा, दुई प्रकारका चार्जहरू म्याग्निफिकेसन अन्तर्गत ग्रेफाइट एनोडको चरण धेरै नजिक परिवर्तन भएको छ। LiC12 लाई शेल्फिङ प्रक्रियाको बखत LiC6 मा रूपान्तरण गर्न जारी राख्न सकिन्छ, यसले रेखांकन प्रक्रियाको क्रममा ग्रेफाइटमा इम्बेड गरिरहने संकेत गर्दछ। ली को यो भाग धातु लिथियम कम तापमान मा नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को सतह अवक्षेपित हुन सक्छ। थप विश्लेषणले देखाएको छ कि C/30 दरमा चार्जको अन्त्यमा, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको लिथियम अन्तरक्रियाको डिग्री 68% थियो। अझै, लिथियम इन्टरकेलेसन को डिग्री शेल्फिंग पछि 71% मा बढ्यो, 3% को वृद्धि। C/5 दरमा चार्जको अन्त्यमा, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडको लिथियम सम्मिलन डिग्री 58% थियो, तर 20 घण्टाको लागि छोडेपछि, यो 70% मा बढ्यो, कुल 12% को वृद्धि।

माथिको अनुसन्धानले कम तापक्रममा चार्ज गर्दा, काइनेटिक अवस्थाहरू बिग्रिएर ब्याट्रीको क्षमता घट्ने देखाउँछ। यसले ग्रेफाइट लिथियम सम्मिलन दरको कमीको कारणले नकारात्मक इलेक्ट्रोडको सतहमा लिथियम धातुलाई पनि उत्तेजित गर्नेछ। यद्यपि, भण्डारणको अवधि पछि, धातु लिथियमको यो भाग फेरि ग्रेफाइटमा इम्बेड गर्न सकिन्छ; वास्तविक प्रयोगमा, शेल्फ समय प्रायः छोटो हुन्छ, र त्यहाँ कुनै ग्यारेन्टी छैन कि सबै धातु लिथियम फेरि ग्रेफाइटमा इम्बेड गर्न सकिन्छ, त्यसैले यसले केही धातु लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा अवस्थित हुन सक्छ। लिथियम-आयन ब्याट्रीको सतहले लिथियम-आयन ब्याट्रीको क्षमतालाई असर गर्नेछ र लिथियम-आयन ब्याट्रीको सुरक्षालाई खतरामा पार्ने लिथियम डेन्ड्राइटहरू उत्पादन गर्न सक्छ। त्यसैले, कम तापक्रममा लिथियम-आयन ब्याट्री चार्ज गर्नबाट जोगिन प्रयास गर्नुहोस्। कम वर्तमान, र सेटिङ पछि, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडमा धातु लिथियम हटाउन पर्याप्त शेल्फ समय सुनिश्चित गर्नुहोस्।

यस लेखले मुख्यतया निम्न कागजातहरूलाई जनाउँछ। प्रतिवेदन मात्र सम्बन्धित वैज्ञानिक कार्यहरू, कक्षाकोठा शिक्षण, र वैज्ञानिक अनुसन्धान परिचय र समीक्षा गर्न प्रयोग गरिन्छ। व्यावसायिक प्रयोगको लागि होइन। यदि तपाइँसँग कुनै प्रतिलिपि अधिकार मुद्दाहरू छन् भने, कृपया हामीलाई सम्पर्क गर्न नहिचकिचाउनुहोस्।

1. लिथियम-आयन क्यापेसिटरहरूमा नकारात्मक इलेक्ट्रोडको रूपमा ग्रेफाइट सामग्रीको दर क्षमता, इलेक्ट्रोचिमिका एक्टा 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा लिथियम प्लेटिङ भोल्टेज रिलक्सेसन र सिटु न्यूट्रोन डिफ्रेक्शनद्वारा जाँच, जर्नल अफ पावर सोर्सेस ३४२(२०१७)१७-२३, क्रिस्चियन भोन लुडर्स, भेरोनिका जिन्थ, साइमन वी.एर्हार्ड, प्याट्रिक जे ओसवाल्ड, माइकल होफम्यान , राल्फ गिल्स, एन्ड्रियास जोसेन

3. उप-परिवेश तापमानमा लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा लिथियम प्लेटिङ इन सिटु न्यूट्रोन विवर्तन, जर्नल अफ पावर सोर्सेस 271 (2014) 152-159, भेरोनिका जिन्थ, क्रिस्चियन भोन लुडर्स, माइकल होफम्यान, जोहानेस ह्याटेनडोर्फ, इर्मगरडोर्फ, इर्मगरडोर्फ। एर्हार्ड, जोआना रेबेलो-कोर्नमेयर, एन्ड्रियास जोसेन, राल्फ गिल्स