Mô hình lỗi pin lithium-giải thích hiện tượng tiến hóa lithium trong cực dương graphit: phần 1

01 Nov 2021

Trong chu kỳ dài hạn, khả năng thuận nghịch của pin lithium-ion sẽ tiếp tục giảm do sự giảm của các vật liệu hoạt động, sự kết tủa của kim loại liti, sự tiêu thụ liên tục của chất điện phân, sự gia tăng của điện trở bên trong và sự chạy trốn nhiệt. Trong số đó, hiện tượng tiến hóa liti của điện cực âm than chì là nguyên nhân quan trọng nhất dẫn đến suy giảm dung lượng pin và gây đoản mạch bên trong.

Với việc phổ biến quy mô lớn các phương tiện năng lượng mới, pin lithium-ion là hệ thống điện quan trọng nhất. Ngoài mật độ năng lượng, độ ổn định chu kỳ và an toàn cũng là hai vấn đề lớn cần được cải thiện khẩn cấp đối với pin lithium-ion thương mại. Người ta thường tin rằng hiện tượng tiến hóa liti là do khi các ion liti xen kẽ trên điện cực âm graphit, một phần của chất cơ bản liti kim loại bị kết tủa trên bề mặt graphit do giới hạn động học, tạo thành kim loại liti không đồng đều. lớp. Lớp kim loại lithium trên bề mặt graphite sẽ không chỉ gây ra các mối nguy hiểm nghiêm trọng về an toàn mà còn làm trầm trọng thêm sự phát triển của màng phân cách điện phân rắn, làm cho lithium hoạt động bị mắc kẹt trong đó và trở thành lithium chết, không thể tham gia vào chu trình xen phủ lithium tiếp theo , và dung lượng bị giảm đáng kể.

Kết quả nghiên cứu và thử nghiệm ba điện cực cho thấy thế chèn liti của điện cực âm graphit sẽ giảm khi tốc độ điện tích và phóng điện tăng lên, và cuối cùng giảm xuống dưới thế kết tủa liti (0 V so với Li0 / Li +). Tuy nhiên, động học không thể làm rõ hoàn toàn các hiện tượng tiến hóa liti khác nhau trên cực dương graphit. Ví dụ, điện thế dưới 0 V không phải là điều kiện cần thiết cho sự phát triển của lithium, và trong các điều kiện đặc biệt, ngay cả khi tốc độ phóng điện nhỏ hơn 1,5 C, sự phát triển của lithium trên điện cực âm graphite sẽ được quan sát thấy. Do đó, các yếu tố nhiệt động lực học bị bỏ qua trước đây có thể có ảnh hưởng cốt yếu đến hiện tượng kết tủa liti.

Trong một loạt các bài viết kỹ thuật, chúng tôi sẽ chia sẻ chi tiết của hiện tượng này với bạn.

Giới thiệu

Các nghiên cứu động học tin rằng khi tốc độ phóng điện tăng lên, điện thế xen kẽ liti của cực dương graphit sẽ giảm xuống dưới 0 V (so với Li0 / Li +), gây ra sự kết tủa của kim loại liti. Tuy nhiên, cũng có những thí nghiệm quan sát thấy rằng khi điện thế cao hơn 0 V hoặc tốc độ phóng điện nhỏ thì hiện tượng tiến hóa liti cũng xảy ra. Điều này rất khó giải thích bằng động học, vì vậy các yếu tố nhiệt động lực học lại nằm trong sự cân nhắc của nhà nghiên cứu.

Phản ứng tỏa nhiệt và nhiệt Joule đi kèm với chu trình sạc và xả sẽ làm cho nhiệt độ bên trong của pin tiếp tục tăng lên, tạo thành một gradient nhiệt độ bên trong pin, và sau đó thay đổi thế điện cực cân bằng của phản ứng oxy hóa khử.

Gần đây, nhóm của Cui Yi tại Đại học Stanford tồn tại PNAS. Tạp chí đã công bố tiêu đề "Dưới lớp mạ lithium tiềm tàng trên các cực dương graphite gây ra bởi sự không đồng nhất về nhiệt độ". điện thế chèn liti của phần điện cực âm graphit lệch khỏi thế điện cực cân bằng, và khi đó sự kết tủa kim loại liti sẽ xảy ra ở điện thế trên 0 V (so với Li0 / Li +). Hiện tượng tiến hóa liti dưới thế năng này do nhiệt động lực học gây ra. các yếu tố giải thích rõ tại sao cực dương graphit cũng biểu hiện sự phát triển của lithium trong điều kiện sạc chậm. Công việc này nhằm hiểu rõ hơn về hành vi lắng đọng lithium không đồng đều và kéo dài tuổi thọ chu kỳ ion lithium. Cung cấp cơ sở lý thuyết.

Nghiên cứu nổi bật

1. Các yếu tố nhiệt động lực học trong hiện tượng phân tích liti đã bị người ta bỏ qua. Công trình này đã nghiên cứu hành vi bất thường của sự kết tủa kim loại lithium từ góc độ nhiệt động lực học thông qua nghiên cứu sâu về nhiệt độ đồng nhất bên trong pin.

2. Công trình này chứng minh rằng khi nhiệt độ tăng, phản ứng kết tủa của kim loại liti sẽ xảy ra trong khu vực cục bộ của cực dương graphit ở điện thế trên 0 V (so với Li0 / Li +), và các chế độ kết tủa liti khác nhau sẽ được phân tích chuyên sâu .

3. Công trình này đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về sự lắng đọng tiềm ẩn của kim loại liti trên cực dương graphit thông qua các thí nghiệm và mô phỏng, đồng thời có sự hiểu biết toàn diện hơn về hiện tượng tiến hóa của liti. Người ta hy vọng rằng nó sẽ định hướng cho việc cải tiến công nghệ sạc nhanh pin lithium-ion.

Hướng dẫn đồ họa

Hình 1. Nghiên cứu đo hệ số nhiệt độ

(A) Sơ đồ bình điện phân kiểu H không đẳng nhiệt dùng để đo hệ số nhiệt độ;

(B) Sự biến thiên của hiệu điện thế mạch hở (OCV) theo thời gian trong tế bào điện phân loại H không đẳng nhiệt, điện cực làm việc và điện cực đối kháng đều là lá liti;

(C) Sự biến thiên của hiệu điện thế mạch hở (OCV) theo thời gian trong tế bào điện phân loại H không đẳng nhiệt, điện cực làm việc và điện cực ngược dòng đều là than chì;

(D) Các đường cong phù hợp của ΔT và ΔV của kim loại liti và than chì;

(E) Một giản đồ về sự phát triển của liti trong vùng nhiệt độ cao trên cực dương graphit trong điều kiện nhiệt độ phân bố không đều;

(F) Khi điện thế cao hơn 0 V (so với Li0 / Li +), giản đồ của cơ chế phát triển liti trên điện cực âm graphit.

Phần kết luận:

Để đảm bảo ứng dụng của bạn hoạt động trơn tru, EverExceed các kỹ sư nghiên cứu và phát triển làm việc ngày đêm để nghiên cứu và thiết kế hiện đại Pin Lithium Sắt phốt phát với các thông số sạc và xả hoàn hảo khẳng định tuổi thọ chu kỳ dài nhất hiện có cho pin. Vì vậy, hãy chọn EverExceed làm thương hiệu của bạn để có được độ tin cậy hoàn toàn.

thẻ :