Ṣiṣafihan ohun ijinlẹ naa: Agbara Imọ-jinlẹ Super ni Awọn Batiri Lithium-Ion
By hoppt
Kini idi ti batiri litiumu wa lasan agbara imọ-jinlẹ to gaju
Ninu awọn batiri litiumu-ion (LIBs), ọpọlọpọ awọn amọna amọ-afẹfẹ irin iyipada ṣe afihan agbara ibi-itọju giga ti o ga ju iye imọ-jinlẹ wọn lọ. Botilẹjẹpe a ti royin iṣẹlẹ yii ni ibigbogbo, awọn ọna ṣiṣe physicokemikali ti o wa ninu awọn ohun elo wọnyi jẹ aibikita ati pe o jẹ ọrọ ariyanjiyan.
Profaili ti awọn esi
Laipẹ yii, Ọjọgbọn Miao Guoxing lati Ile-ẹkọ giga ti Waterloo, Canada, Ọjọgbọn Yu Guihua lati Ile-ẹkọ giga ti Texas ni Austin, ati Li Hongsen ati Li Qiang lati Ile-ẹkọ giga Qingdao ni apapọ ṣe atẹjade iwe iwadii kan lori Awọn ohun elo Iseda labẹ akọle ti “Agbara ipamọ afikun ni iyipada irin ohun elo afẹfẹ litiumu-ion batiri ti o han nipasẹ ni situ magnetometry". Ninu iṣẹ yii, awọn onkọwe ti a lo ni ibojuwo oofa situ lati ṣafihan wiwa agbara dada ti o lagbara lori awọn ẹwẹ titobi irin ati pe nọmba nla ti awọn elekitironi-polarized elekitironi le wa ni ipamọ ni awọn ẹwẹ titobi irin ti o ti dinku tẹlẹ, eyiti o ni ibamu pẹlu ẹrọ idiyele aaye. Ni afikun, ẹrọ idiyele aaye ti o han ni a le fa siwaju si awọn agbo ogun irin iyipada miiran, pese itọsọna bọtini kan fun idasile awọn eto ipamọ agbara to ti ni ilọsiwaju.
Awọn ifojusi iwadii
(1) A ṣe iwadi Fe aṣoju kan nipasẹ lilo ilana ibojuwo oofa in-situ3O4/ Itankalẹ ti eto itanna inu batiri Li;
(2) ṣafihan pe Fe3O4Ninu eto / Li, agbara idiyele dada jẹ orisun akọkọ ti agbara afikun;
(3) Awọn dada capacitance siseto ti irin awọn ẹwẹ titobi le ti wa ni tesiwaju lati kan jakejado ibiti o ti orilede irin agbo.
Itọsọna ọrọ ati ọrọ
- Isọdi igbekale ati awọn ohun-ini elekitirokemika
Monodisperse hollow Fe jẹ iṣelọpọ nipasẹ awọn ọna hydrothermal ti aṣa3O4Nanospheres, ati lẹhinna ṣe ni 100 mAg-1 Gbigba agbara ati idasilẹ ni iwuwo lọwọlọwọ (Figure 1a), agbara idasilẹ akọkọ jẹ 1718 mAh g-1, 1370 mAh ni akoko keji ati kẹta, lẹsẹsẹ - 1Ati 1,364 mAhg-1, Jina ju 926 mAhg-1 yii ti awọn ireti. Awọn aworan BF-STEM ti ọja ti o ni kikun (Figure 1b-c) fihan pe lẹhin idinku lithium, Fe3O4The nanospheres ti yipada si awọn ẹwẹ titobi Fe nanoparticles ti o kere ju 1 - 3 nm, tuka ni ile-iṣẹ Li2O.
Lati ṣe afihan iyipada ninu oofa lakoko ọmọ elekitiroki, igbi magnetization kan lẹhin itusilẹ ni kikun si 0.01 V ti gba (Ọpọlọpọ 1d), ti n ṣafihan ihuwasi superparamagnetic nitori dida awọn ẹwẹ titobi ju.
Nọmba 1 (a) ni 100 mAg-1Fe ti gigun kẹkẹ ni iwuwo lọwọlọwọ3O4 / idiyele lọwọlọwọ lọwọlọwọ ati iṣipopada ti batiri Li; (b) litiumu ni kikun Fe3O4Aworan BF-STEM ti elekiturodu; (c) wiwa Li ni awọn aworan BF-STEM ti o ga julọ ti awọn mejeeji O ati Fe; (d) Fe2O3Awọn iyipo hysteresis ti elekiturodu ṣaaju (dudu) ati lẹhin (bulu), ati ọna ti Langevin ti o ni ibamu ti igbehin (eleyi ti).
- Wiwa akoko gidi ti igbekalẹ ati itankalẹ oofa
Lati le darapọ elekitirokemistri pẹlu Fe3O4Of igbekale ati awọn iyipada oofa ti o sopọ mọ Fe3O4Awọn Electrodes ni a tẹriba ni ipo X-ray diffraction (XRD) ati ni ipo ibojuwo oofa. Fe ni lẹsẹsẹ awọn ilana itusilẹ XRD lakoko itusilẹ akọkọ lati foliteji-ìmọ (OCV) si 1.2V3O4Awọn oke giga diffraction ko yipada ni pataki ni boya kikankikan tabi ipo (Figure 2a), ti o nfihan pe Fe3O4Nikan ni iriri ilana intercaation Li. Nigbati o ba gba agbara si 3V, Fe3O4The anti-spinel be wa titi, ni iyanju pe ilana ninu ferese foliteji yii jẹ iyipada pupọ. Siwaju sii ibojuwo oofa inu-ile ni idapo pẹlu awọn idanwo idiyele lọwọlọwọ igbagbogbo ni a ṣe lati ṣe iwadii bawo ni oofa ṣe ndagba ni akoko gidi (Aworan 2b).
Ṣe nọmba 2 Iwa ti XRD inu-ipo ati ibojuwo oofa.(A) ni ipo XRD; (b) Fe3O4Electrochemical agbara-idasonu ti tẹ labẹ 3 T gbẹyin aaye oofa ati ki o badọgba ifasilẹ awọn ni situ oofa esi.
Lati ni oye ipilẹ diẹ sii ti ilana iyipada yii ni awọn ofin ti awọn iyipada oofa, idahun oofa naa ni a gba ni akoko gidi ati iyipada ipele ti o baamu ti o tẹle awọn aati ti nfa elekitirokemika (Aworan 3). O jẹ ohun ti o han gbangba pe lakoko idasilẹ akọkọ, Fe3O4Awọn idahun magnetization ti awọn amọna yatọ si awọn iyipo miiran nitori Fe lakoko lithalization akọkọ3O4Nitori si iyipada alakoso alaileyipada waye. Nigbati agbara naa ba lọ silẹ si 0.78V, Fe3O4The antispinel alakoso ti yipada lati ni Li2The class FeO halite structure of O, Fe3O4The alakoso ko le ṣe atunṣe lẹhin gbigba agbara. Ni ibamu, magnetization ṣubu ni kiakia si 0.482 μ b Fe-1. Bi litialization ere, ko si titun alakoso akoso, ati awọn kikankikan ti (200) ati (220) kilasi FeO diffraction ga ju bẹrẹ lati weakens.equal Fe3O4There ni ko si significant XRD tente idaduro nigbati awọn elekiturodu ti wa ni patapata liialized (Figure 3a). Ṣe akiyesi pe nigbati elekiturodu Fe3O4 ba jade lati 0.78V si 0.45V, magnetization (lati 0.482 μ b Fe-1Ilọ si 1.266 μ bFe-1), Eyi ni a da si iyipada iyipada lati FeO si Fe. Lẹhinna, ni opin idasilẹ, magnetization ti dinku laiyara si 1.132 μ B Fe-1. Wiwa yii ni imọran pe awọn Fe0Nanoparticles irin ti o dinku ni kikun le tun kopa ninu iṣesi ibi ipamọ litiumu, nitorinaa idinku magnetization ti awọn amọna.
Nọmba 3 Ni awọn akiyesi ipo ti iyipada alakoso ati idahun oofa.（a) Fe3O4In situ XRD maapu ti a gba lakoko idasilẹ akọkọ ti elekiturodu; (b) Fe3O4Ninu ipo wiwọn agbara oofa ti awọn iyipo eletiriki ti / awọn sẹẹli Li ni aaye oofa ti a lo ti 3 T.
- Fe0/Li2Surface capacitance ti O eto
Fe3O4Awọn iyipada oofa ti awọn amọna amọna waye ni awọn foliteji kekere, ninu eyiti afikun agbara elekitirokemika ṣee ṣe ti ipilẹṣẹ, ni iyanju wiwa awọn gbigbe idiyele ti a ko rii laarin sẹẹli naa. Lati ṣawari ẹrọ ibi ipamọ litiumu ti o pọju, Fe ni a ṣe iwadi nipasẹ ọna XPS, STEM ati iṣẹ oofa spectrum3O4Electrodes ti awọn giga magnetization ni 0.01V,0.45V ati 1.4V lati pinnu orisun ti iyipada oofa naa. Awọn abajade fihan pe akoko oofa jẹ ifosiwewe bọtini ti o ni ipa lori iyipada oofa, nitori iwọn Fe0/Li2The Ms of the O system ko ni ipa nipasẹ anisotropy oofa ati isọdọkan interparticle.
Lati ni oye siwaju si Fe3O4Awọn ohun-ini kainetik ti awọn amọna ni foliteji kekere, voltammetry cyclic ni awọn oṣuwọn ọlọjẹ oriṣiriṣi. Gẹgẹbi a ṣe han ni olusin 4a, igun-ọna voltammogram cyclic onigun yoo han laarin iwọn foliteji laarin 0.01V ati 1V (Figure 4a). Nọmba 4b fihan pe idahun capacitive Fe3O4A waye lori elekiturodu. Pẹlu idahun oofa iyipada ti o ga julọ ti idiyele lọwọlọwọ igbagbogbo ati ilana itusilẹ (Figure 4c), magnetization ti elekiturodu dinku lati 1V si 0.01V lakoko ilana itusilẹ, ati pe o pọ si lẹẹkansi lakoko ilana gbigba agbara, n tọka pe Fe0Of capacitor-like dada lenu jẹ gíga iparọ.
Ṣe nọmba 4 awọn ohun-ini elekitirokemika ati ni ipo isọdisi oofa ni 0.011 V.(A) Iwọn iyipo voltammetric cyclic.(B) iye b jẹ ipinnu nipa lilo ibamu laarin lọwọlọwọ tente oke ati oṣuwọn ọlọjẹ; (c) iyipada iyipada ti magnetization ti o ni ibatan si ọna idasile idiyele labẹ aaye oofa ti a lo 5 T.
loke-darukọ Fe3O4The electrochemical, igbekale ati ki o se awọn ẹya ara ẹrọ ti awọn amọna tọkasi wipe afikun agbara batiri ti wa ni ṣiṣe nipasẹ Fe0The spin-polarized dada capacitance ti awọn ẹwẹ titobi ti wa ni ṣẹlẹ nipasẹ a tẹle awọn se ayipada. Agbara-polarized spin-polarized jẹ abajade ti ikojọpọ idiyele-polarized ni wiwo ati pe o le ṣe afihan esi oofa lakoko idiyele ati idasilẹ.to Fe3O4Elekiturodu mimọ, lakoko ilana itusilẹ akọkọ, ti tuka ni Li2Fine Fe awọn ẹwẹ titobi ni sobusitireti O ni awọn iwọn dada-si-iwọn iwọn nla ati mọ iwuwo giga ti awọn ipinlẹ ni ipele Fermi nitori awọn orbitals agbegbe ti o ga julọ. Gẹgẹbi awoṣe imọ-jinlẹ ti Maier ti ibi ipamọ idiyele aaye, awọn onkọwe daba pe awọn oye nla ti awọn elekitironi le wa ni ipamọ sinu awọn ẹgbẹ iyipo-pipin ti awọn ẹwẹwẹwẹ ti fadaka, eyiti o le rii ni Fe / Li2Ṣiṣẹda awọn agbara oju ilẹ alayipo-polarized ni awọn O nanocomposites ( olusin 5).
awonya 5Fe/Li2A Sikematiki oniduro ti awọn dada capacitance ti omo ere-polarized elekitironi ni O-ni wiwo.(A) awọn sikematiki aworan atọka ti awọn alayipo polarization ipinle iwuwo ti awọn dada ti ferromagnetic irin patikulu (ṣaaju ati lẹhin itusilẹ), ilodi si awọn olopobobo omo ere polarization ti irin; (b) Ibiyi ti awọn aaye idiyele ekun ni dada kapasito awoṣe ti overstored litiumu.
Akopọ ati Outlook
TM / Li ṣe iwadii nipasẹ ilọsiwaju in-situ magnetic monitoring2Itankalẹ ti eto itanna inu ti O nanocomposite lati ṣafihan orisun agbara ibi-itọju afikun fun batiri litiumu-ion yii. Awọn abajade fihan pe, mejeeji ninu eto sẹẹli awoṣe Fe3O4/Li, elekitirokemika ti dinku Fe nanoparticles le ṣafipamọ awọn oye nla ti awọn elekitironi-polarized, ti o yọrisi nitori agbara sẹẹli ti o pọ ju ati pe o yipada ni pataki magnetism interfacial. Awọn idanwo siwaju sii ni ifọwọsi CoO, NiO, ati FeF2And Fe2 Iwaju iru agbara bẹ ninu ohun elo elekiturodu N tọka si aye ti agbara oju ilẹ ti iyipo-polarized ti awọn ẹwẹ titobi irin ni awọn batiri ion litiumu ati fi ipilẹ fun ohun elo ti ẹrọ ibi-itọju idiyele aaye yii ni iyipada miiran. irin yellow-orisun elekiturodu ohun elo.
Litireso ọna asopọ
Agbara ibi ipamọ afikun ni iyipada irin ohun elo afẹfẹ lithium-ion batiri ti a fihan nipasẹ ni situ magnetometry (Awọn ohun elo Iseda, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
Awọn ipa ti litiumu elekiturodu wafer agbekalẹ apẹrẹ ati awọn abawọn wafer elekiturodu lori iṣẹ ṣiṣe
- Polu film oniru ipile article
Elekiturodu batiri litiumu jẹ ibora ti o ni awọn patikulu, paapaa ti a lo si omi irin. Ibo elekiturodu batiri litiumu ion le jẹ bi ohun elo akojọpọ, nipataki ti awọn ẹya mẹta:
(1) Awọn patikulu nkan ti nṣiṣe lọwọ;
(2) ipele ti o jẹ apakan ti oluranlọwọ olutọpa ati oluranlowo (alakoso alemora erogba);
(3) Pore, fọwọsi pẹlu elekitiroti.
Ibasepo iwọn didun ti ipele kọọkan jẹ afihan bi:
Porosity + ida iwọn didun ọrọ alãye + erogba alemora ipele ida iwọn didun =1
Awọn oniru ti litiumu batiri elekiturodu oniru jẹ gidigidi pataki, ati bayi ni ipilẹ imo ti litiumu batiri elekiturodu oniru ni soki.
(1) Agbara imọ-ẹrọ ti ohun elo elekiturodu Agbara imọ-jinlẹ ti ohun elo elekiturodu, iyẹn ni, agbara ti a pese nipasẹ gbogbo awọn ions litiumu ninu ohun elo ti o ni ipa ninu iṣesi elekitirokemika, iye rẹ jẹ iṣiro nipasẹ idogba atẹle:
Fun apẹẹrẹ, LiFePO4The molar mass jẹ 157.756 g/mol, ati pe agbara imọ-jinlẹ rẹ jẹ:
Iwọn iṣiro yii jẹ agbara giramu imọ-jinlẹ nikan. Lati rii daju pe eto iyipada ti ohun elo naa, olusọdipúpọ yiyọ litiumu ion gangan ko kere ju 1, ati pe agbara giramu gangan ti ohun elo jẹ:
Agbara giramu gidi ti ohun elo = agbara imọ-jinlẹ ti ion litiumu unplugging olùsọdipúpọ
(2) Agbara apẹrẹ batiri ati iwuwo iwuwo apa kan ni agbara apẹrẹ Batiri ni a le ṣe iṣiro nipasẹ agbekalẹ atẹle: Agbara apẹrẹ batiri = ibora iwuwo dada ohun elo ti nṣiṣe lọwọ ipin ohun elo ohun elo giramu agbara ọpá dì agbegbe ibora
Lara wọn, iwuwo dada ti ibora jẹ paramita apẹrẹ bọtini. Nigba ti iwuwo iwapọ ko yipada, ilosoke ti iwuwo dada ti a bo tumọ si pe sisanra dì ọpá naa pọ si, ijinna gbigbe elekitironi pọ si, ati pe resistance elekitironi pọ si, ṣugbọn iwọn ilosoke jẹ opin. Ninu iwe elekiturodu ti o nipọn, ilosoke ti ikọlu ijira ti awọn ions litiumu ninu elekitiroti jẹ idi akọkọ ti o kan awọn abuda ipin. Ṣiyesi awọn porosity ati awọn iyipo pore, ijinna ijira ti awọn ions ni pore jẹ ọpọlọpọ igba diẹ sii ju sisanra ti dì ọpá naa.
(3) Iwọn ipin agbara odi-rere N / P agbara odi si agbara rere jẹ asọye bi:
N / P yẹ ki o tobi ju 1.0, ni gbogbogbo 1.04 ~ 1.20, eyiti o jẹ pataki ninu apẹrẹ aabo, lati ṣe idiwọ ion litiumu ẹgbẹ odi lati ojoriro laisi orisun gbigba, apẹrẹ lati gbero agbara ilana, bii iyapa ti a bo. Bibẹẹkọ, nigbati N / P ba tobi ju, batiri naa yoo padanu agbara ti ko le yipada, ti o mu abajade agbara batiri kekere ati iwuwo agbara batiri kekere.
Fun awọn litiumu titanate anode, awọn rere elekiturodu excess oniru ti wa ni gba, ati awọn agbara batiri ti wa ni ṣiṣe nipasẹ awọn agbara ti awọn litiumu titanate anode. Apẹrẹ apọju rere jẹ itunnu si imudarasi iṣẹ iwọn otutu giga ti batiri: gaasi iwọn otutu giga ni akọkọ wa lati elekiturodu odi. Ninu apẹrẹ apọju ti o dara, agbara odi jẹ kekere, ati pe o rọrun lati ṣe fiimu SEI lori oju ti lithium titanate.
(4) Iwapọ iwuwo ati porosity ti awọn ti a bo Ni awọn isejade ilana, awọn ti a bo compaction iwuwo ti awọn batiri elekiturodu ti wa ni iṣiro nipa awọn wọnyi agbekalẹ. Ti o ba ṣe akiyesi pe nigbati a ba yi iwe ọpa naa, bankanje irin naa ti gbooro sii, iwuwo dada ti ibora lẹhin ti rola jẹ iṣiro nipasẹ agbekalẹ atẹle.
Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, ti a bo naa ni ipele ohun elo alãye, ipele alemora erogba ati pore, ati porosity le ṣe iṣiro nipasẹ idogba atẹle.
Lara wọn, apapọ iwuwo ti a bo ni: litiumu batiri elekiturodu ni a irú ti powder patikulu ti a bo, nitori awọn lulú patiku dada ti o ni inira, alaibamu apẹrẹ, nigbati ikojọpọ, patikulu laarin awon patikulu ati patikulu, ati diẹ ninu awọn patikulu ara ni dojuijako ati pores, bẹ iwọn didun lulú pẹlu iwọn didun lulú, awọn pores laarin awọn patikulu lulú ati awọn patikulu, nitorina, awọn oriṣiriṣi ti o baamu ti iwuwo elekiturodu ati aṣoju porosity. Awọn iwuwo ti awọn patikulu lulú ntokasi si awọn ibi-ti awọn lulú fun kuro iwọn didun. Gẹgẹbi iwọn didun ti lulú, o pin si awọn oriṣi mẹta: iwuwo otitọ, iwuwo patiku ati iwuwo ikojọpọ. Awọn iwuwo oriṣiriṣi jẹ asọye bi atẹle:
- Iwọn iwuwo otitọ n tọka si iwuwo ti a gba nipasẹ pipin ibi-iyẹfun nipasẹ iwọn didun (iwọn didun gidi) laisi awọn ela inu ati ita ti awọn patikulu. Iyẹn ni, iwuwo ti ọrọ naa funrararẹ gba lẹhin ti o yato iwọn didun ti gbogbo awọn ofo.
- Awọn iwuwo patiku n tọka si iwuwo ti awọn patikulu ti a gba nipasẹ pinpin ibi-iyẹfun ti o pin nipasẹ iwọn didun patiku pẹlu iho ṣiṣi ati iho pipade. Iyẹn ni, aafo laarin awọn patikulu, ṣugbọn kii ṣe awọn pores ti o dara ni inu awọn patikulu, iwuwo ti awọn patikulu funrararẹ.
- Iwuwo ikojọpọ, iyẹn ni, iwuwo ti a bo, tọka si iwuwo ti a gba nipasẹ ibi-iyẹfun ti o pin nipasẹ iwọn didun ti a bo ti a ṣẹda nipasẹ lulú. Iwọn didun ti a lo pẹlu awọn pores ti awọn patikulu ara wọn ati awọn ofo laarin awọn patikulu.
Fun erupẹ kanna, iwuwo otitọ> iwuwo patikulu> iwuwo iṣakojọpọ. Awọn porosity ti awọn lulú ni awọn ipin ti awọn pores ninu awọn lulú patiku ti a bo, ti o ni, awọn ipin ti awọn iwọn didun ti awọn ofo ni laarin awọn lulú patikulu ati awọn pores ti awọn patikulu si awọn lapapọ iwọn didun ti awọn ti a bo, eyi ti o ti wa ni commonly kosile. bi ogorun. Awọn porosity ti lulú ni a okeerẹ ohun ini jẹmọ si patiku mofoloji, dada ipinle, patiku iwọn ati ki o patiku iwọn pinpin. Porosity rẹ taara ni ipa lori infiltration ti electrolyte ati litiumu dẹlẹ gbigbe. Ni gbogbogbo, awọn porosity ti o tobi, awọn rọrun infiltration electrolyte, ati awọn yiyara awọn litiumu ion gbigbe. Nitorinaa, ninu apẹrẹ ti batiri litiumu, nigbakan lati pinnu porosity, ọna titẹ makiuri ti a lo nigbagbogbo, ọna adsorption gaasi, bbl Tun le gba nipasẹ lilo iṣiro iwuwo. Awọn porosity tun le ni orisirisi awọn lojo nigba lilo orisirisi awọn iwuwo fun awọn isiro. Nigbati iwuwo ti porosity ti nkan ti o wa laaye, oluranlowo conductive ati binder jẹ iṣiro nipasẹ iwuwo otitọ, porosity iṣiro pẹlu aafo laarin awọn patikulu ati aafo inu awọn patikulu. Nigbati awọn porosity ti awọn alãye nkan na, conductive oluranlowo ati Apapo ti wa ni iṣiro nipa awọn patiku iwuwo, awọn iṣiro porosity pẹlu aafo laarin awọn patikulu, sugbon ko aafo inu awọn patikulu. Nitorinaa, iwọn pore ti iwe elekiturodu batiri litiumu tun jẹ iwọn-pupọ, ni gbogbogbo aafo laarin awọn patikulu wa ni iwọn iwọn micron, lakoko ti aafo inu awọn patikulu wa ni nanometer si iwọn-submicron. Ninu awọn amọna elekitirosi, ibatan ti awọn ohun-ini gbigbe gẹgẹbi itọka ti o munadoko ati adaṣe le ṣe afihan nipasẹ idogba atẹle:
Nibiti D0 ṣe aṣoju iwọn itọka inu inu (itọkasi) ti ohun elo funrararẹ, ε jẹ ida iwọn didun ti ipele ti o baamu, ati τ jẹ ìsépo iyipo ti ipele ti o baamu. Ninu awoṣe isokan macroscopic, ibatan Bruggeman ni gbogbogbo ni a lo, mu olùsọdipúpọ ɑ = 1.5 lati ṣe iṣiro iṣesi imunadoko ti awọn amọna la kọja.
Electrolyte ti kun ninu awọn pores ti awọn amọna la kọja, ninu eyiti awọn ions litiumu ti wa ni ṣiṣe nipasẹ elekitiroti, ati awọn abuda idari ti awọn ions lithium ni ibatan pẹkipẹki pẹlu porosity. Ti o tobi ni porosity, awọn ti o ga awọn iwọn didun ida ti awọn electrolyte alakoso, ati awọn ti o tobi awọn munadoko ifọnọhan ti litiumu ions. Ninu iwe elekiturodu rere, awọn elekitironi ti wa ni tan kaakiri nipasẹ ipele alemora erogba, ida iwọn didun ti alakoso alemora erogba ati ipadabọ ti alakoso alemora erogba taara pinnu ifaramọ imunadoko ti awọn elekitironi.
Awọn porosity ati awọn iwọn didun ida ti awọn erogba alemora alakoso jẹ ilodi si, ati awọn ti o tobi porosity sàì nyorisi si awọn iwọn didun ida ti erogba alemora alakoso, nitorina, awọn munadoko ifọnọhan-ini ti litiumu ions ati awọn elekitironi jẹ tun ilodi si, bi han ni Figure 2 Bi awọn porosity dinku, litiumu ion ifọnọhan imunadoko n dinku lakoko ti elekitironi imunadoko n pọ si. Bawo ni lati dọgbadọgba awọn meji jẹ tun lominu ni ni elekiturodu oniru.
Aworan 2 Sikematiki aworan atọka ti porosity ati litiumu ion ati elekitironi conductivity
2. Iru ati wiwa awọn abawọn ọpa
Ni lọwọlọwọ, ninu ilana igbaradi ọpa batiri, awọn imọ-ẹrọ wiwa lori ayelujara ati siwaju sii ni a gba, nitorinaa lati ṣe idanimọ awọn abawọn iṣelọpọ ti awọn ọja, imukuro awọn ọja alebu, ati awọn esi akoko si laini iṣelọpọ, adaṣe tabi awọn atunṣe afọwọṣe si iṣelọpọ ilana, lati dinku ni alebu awọn oṣuwọn.
Awọn imọ-ẹrọ wiwa ori ayelujara ti a lo nigbagbogbo ni iṣelọpọ dì igi pẹlu wiwa abuda slurry, wiwa didara dì ọpá, wiwa iwọn ati bẹbẹ lọ, Fun apẹẹrẹ: (1) mita iki ori ayelujara ti fi sori ẹrọ taara ninu ojò ibi ipamọ ti a bo lati rii rheological. awọn abuda ti slurry ni akoko gidi, Idanwo iduroṣinṣin ti slurry; (2) Lilo X-ray tabi β-ray ninu ilana ti a bo, Iwọn wiwọn giga rẹ, Ṣugbọn itọsi nla, idiyele giga ti ohun elo ati wahala itọju; (3) Imọ-ẹrọ wiwọn sisanra ori ayelujara lesa ti wa ni lilo lati wiwọn sisanra ti dì ọpá, Iwọn wiwọn le de ọdọ ± 1. 0 μ m, O tun le ṣafihan aṣa iyipada ti sisanra wiwọn ati sisanra ni akoko gidi, Ṣe irọrun wiwa kakiri data ati onínọmbà; (4) Imọ-ẹrọ iran CCD, Iyẹn ni, CCD laini ni a lo lati ṣe ọlọjẹ ohun elo ti a wọn, Ṣiṣe aworan akoko gidi ati itupalẹ awọn isọri abawọn, Ṣe akiyesi wiwa ori ayelujara ti kii ṣe iparun ti awọn abawọn oju oju opo.
Gẹgẹbi ohun elo fun iṣakoso didara, imọ-ẹrọ idanwo ori ayelujara tun ṣe pataki lati ni oye ibamu laarin awọn abawọn ati iṣẹ batiri, lati pinnu awọn ibeere ti o pe / ailagbara fun awọn ọja ti o pari.
Ni apakan igbehin, ọna tuntun ti imọ-ẹrọ wiwa abawọn dada ti batiri litiumu-ion, imọ-ẹrọ aworan igbona infurarẹẹdi ati ibatan laarin awọn abawọn oriṣiriṣi wọnyi ati iṣẹ ṣiṣe elekitirokemika ni a ṣafihan ni ṣoki.consult D. Mohanty A ni kikun iwadi nipasẹ Mohanty et al.
(1) Wọpọ abawọn lori polu dì dada
Nọmba 3 ṣe afihan awọn abawọn ti o wọpọ lori dada ti elekiturodu batiri ion litiumu, pẹlu aworan opiti ni apa osi ati aworan ti o ya nipasẹ alaworan gbona ni apa ọtun.
Ṣe nọmba 3 Awọn abawọn ti o wọpọ lori oju ti dì ọpá: (a, b) apoowe bulge / apapọ; (c, d) ohun elo silẹ / pinhole; (e, f) irin ajeji ara; (g, h) ibora ti ko ni deede
(A, b) bulge / akopọ ti o dide, iru awọn abawọn le waye ti slurry ba ti ru paapaa tabi iyara ti a bo jẹ riru. Ijọpọ ti alemora ati awọn aṣoju olutọpa dudu carbon yori si akoonu kekere ti awọn eroja ti nṣiṣe lọwọ ati iwuwo ina ti awọn tabulẹti pola.
(c, d) ju / pinhole, awọn agbegbe abawọn wọnyi ko ni bo ati pe a maa n ṣejade nipasẹ awọn nyoju ninu slurry. Wọn dinku iye ohun elo ti nṣiṣe lọwọ ati ṣafihan olugba si elekitiroti, nitorinaa dinku agbara elekitirokemika.
(E, f) awọn ara ajeji irin, slurry tabi awọn ara ajeji irin ti a ṣe sinu ẹrọ ati agbegbe, ati awọn ara ajeji irin le fa ipalara nla si awọn batiri lithium. Awọn patikulu irin nla taara taara diaphragm, ti o yorisi ni kukuru kukuru laarin awọn amọna rere ati odi, eyiti o jẹ Circuit kukuru ti ara. Ni afikun, nigbati irin ajeji ara ti wa ni adalu sinu rere elekiturodu, awọn rere o pọju posi lẹhin gbigba agbara, awọn irin solves, ti nran nipasẹ awọn elekitiroti, ati ki o si precipitate lori odi dada, ati nipari puncture awọn diaphragm, lara kan kukuru Circuit, eyi ti o jẹ a kemikali itu kukuru Circuit. Awọn ara ajeji irin ti o wọpọ julọ ni aaye ile-iṣẹ batiri jẹ Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, ati bẹbẹ lọ.
(g, h) ibora ti ko ni deede, gẹgẹbi dapọ slurry ko to, didara patiku jẹ rọrun lati han awọn ila nigbati patiku naa tobi, ti o mu ki ibora ti ko ni deede, eyiti yoo ni ipa lori aitasera ti agbara batiri, ati paapaa han patapata. ko si adikala ti a bo, ni ipa lori agbara ati ailewu.
(2) Imọ-ẹrọ wiwa abawọn ibi-igi-pipa ti ilẹ infurarẹẹdi (IR) ni a lo lati ṣawari awọn abawọn kekere lori awọn amọna gbigbẹ ti o le ba iṣẹ ṣiṣe awọn batiri litiumu-ion jẹ. Lakoko wiwa ori ayelujara, ti a ba rii abawọn elekiturodu tabi idoti, samisi lori dì ọpá, yọkuro rẹ ni ilana ti o tẹle, ki o dahun si laini iṣelọpọ, ati ṣatunṣe ilana ni akoko lati yọkuro awọn abawọn. Infurarẹẹdi ray jẹ iru igbi itanna ti o ni ẹda kanna bi awọn igbi redio ati ina ti o han. Ẹrọ itanna pataki kan ni a lo lati ṣe iyipada iwọn otutu pinpin oju ti ohun kan sinu aworan ti o han ti oju eniyan, ati lati ṣe afihan pinpin iwọn otutu ti oju ti ohun kan ni awọn awọ oriṣiriṣi ni a npe ni imọ-ẹrọ aworan infurarẹẹdi. Ẹrọ itanna yi ni a npe ni infurarẹẹdi gbona alaworan. Gbogbo awọn nkan ti o wa loke odo pipe (-273 ℃) njade itankalẹ infurarẹẹdi.
Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 4, isunmọ igbona infurarẹẹdi (Kamẹra IR) nlo aṣawari infurarẹẹdi ati ibi-afẹde aworan opiti lati gba ilana pinpin agbara itọka infurarẹẹdi ti ohun ibi-afẹde ti o niwọn ati ṣe afihan rẹ lori ipin fọtoensitive ti aṣawari infurarẹẹdi lati gba aworan igbona infurarẹẹdi, eyiti o baamu si aaye pinpin igbona lori oju ohun naa. Nigbati abawọn ba wa lori oju ohun kan, iwọn otutu yoo yipada ni agbegbe naa. Nitorinaa, imọ-ẹrọ yii tun le ṣee lo lati ṣe awari awọn abawọn lori dada ohun naa, paapaa dara fun diẹ ninu awọn abawọn ti ko le ṣe iyatọ nipasẹ awọn ọna wiwa opiti. Nigbati a ba rii elekiturodu gbigbẹ ti batiri ion litiumu lori ayelujara, elekiturodu elekiturodu jẹ itanna akọkọ nipasẹ filasi, iwọn otutu oju ilẹ yipada, lẹhinna a rii iwọn otutu dada pẹlu alaworan gbona. Aworan pinpin ooru jẹ oju wiwo, ati pe aworan naa ti ni ilọsiwaju ati itupalẹ ni akoko gidi lati ṣawari awọn abawọn oju ati samisi wọn ni akoko.D. Mohanty Iwadi naa fi sori ẹrọ oluyaworan gbona ni itọsi ti adiro gbigbẹ coater lati ṣawari aworan pinpin iwọn otutu ti oju dì elekiturodu.
Nọmba 5 (a) jẹ maapu pinpin iwọn otutu ti oju ti a bo ti dì ọpá rere NMC ti a rii nipasẹ alaworan gbona, eyiti o ni abawọn kekere pupọ ti ko le ṣe iyatọ nipasẹ oju ihoho. Iwọn pinpin iwọn otutu ti o baamu si apakan ipa-ọna han ninu inset inu, pẹlu iwasoke iwọn otutu ni aaye abawọn. Ni olusin 5 (b), iwọn otutu pọ si ni agbegbe ni apoti ti o baamu, ti o baamu si abawọn ti dada dì ọpá. EEYA. 6 ni a dada otutu pinpin aworan atọka ti odi elekiturodu dì fifi awọn aye ti awọn abawọn, ibi ti awọn tente ti otutu posi ni ibamu si awọn ti nkuta tabi apapọ, ati awọn agbegbe ti otutu dinku ni ibamu si awọn pinhole tabi ju.
olusin 5 Pipin iwọn otutu ti dada elekiturodu rere
olusin 6 Pipin iwọn otutu ti dada elekiturodu odi
O le ṣe akiyesi pe wiwa awọn aworan ti o gbona ti pinpin iwọn otutu jẹ ọna ti o dara fun wiwa abawọn oju-iwe ti ọpa, eyi ti o le ṣee lo fun iṣakoso didara ti iṣelọpọ ọpa .3. Ipa ti polu dì dada abawọn lori batiri iṣẹ
(1) Ipa lori agbara multiplier batiri ati ṣiṣe Coulomb
Nọmba 7 ṣe afihan ipa ipa ti apapọ ati pinhole lori agbara isodipupo batiri ati ṣiṣe coulen. Apapọ le ni ilọsiwaju agbara batiri, ṣugbọn dinku ṣiṣe coulen naa. Pinhole dinku agbara batiri ati ṣiṣe Kulun, ati ṣiṣe Kulun dinku pupọ ni iwọn giga.
Olusin 7 cathode akopọ ati pinhole ipa lori agbara batiri ati awọn ṣiṣe ti isiro 8 ni uneven ti a bo, ati irin ajeji body Co ati Al lori batiri agbara ati awọn ipa ti awọn ṣiṣe ti tẹ, uneven bo din batiri kuro ibi-agbara 10% - 20%, ṣugbọn gbogbo agbara batiri dinku nipasẹ 60%, eyi fihan pe ibi-aye ni nkan pola dinku dinku. Metal Co ajeji ara dinku agbara ati ṣiṣe Coulomb, paapaa ni 2C ati 5C giga giga, ko si agbara rara, eyiti o le jẹ nitori dida irin Co ni iṣesi elekitiroki ti litiumu ati litiumu ifibọ, tabi o le jẹ awọn patikulu irin. diaphragm pore ṣẹlẹ bulọọgi kukuru Circuit.
Ṣe nọmba 8 Awọn ipa ti elekiturodu rere ti a bo uneven ati awọn ara ajeji irin Co ati Al lori agbara multiplier batiri ati ṣiṣe coulen
Akopọ ti awọn abawọn dì cathode: Awọn ates ti o wa ninu ibora dì cathode dinku ṣiṣe Coulomb ti batiri naa. Pinhole ti ideri rere dinku iṣẹ ṣiṣe Coulomb, ti o mu ki iṣẹ ṣiṣe pọ si ti ko dara, paapaa ni iwuwo lọwọlọwọ giga. Ibora oniruuru ṣe afihan iṣẹ-igbega ti ko dara. Awọn idoti patiku irin le fa awọn iyika kukuru kukuru, nitorinaa o le dinku agbara batiri pupọ.
olusin 9 fihan ni ikolu ti odi jijo bankanje rinhoho lori awọn multiplier agbara ati Kulun ṣiṣe ti batiri. Nigbati jijo ba waye ni elekiturodu odi, agbara batiri naa dinku pupọ, ṣugbọn agbara giramu ko han gbangba, ati pe ipa lori ṣiṣe Kulun ko ṣe pataki.
olusin 9 Ipa ti odi elekiturodu jijo bankanje rinhoho lori batiri multiplier agbara ati Kulun ṣiṣe (2) Ipa lori batiri multiplier ọmọ išẹ Figure 10 ni abajade ti awọn ipa ti elekiturodu dada abawọn lori batiri multiplier ọmọ. Awọn abajade ipa jẹ akopọ bi atẹle:
Egregation: ni 2C, iwọn itọju agbara ti awọn akoko 200 jẹ 70% ati batiri ti o ni abawọn jẹ 12%, lakoko ti o wa ni 5C, iwọn itọju agbara ti awọn akoko 200 jẹ 50% ati batiri ti o ni abawọn jẹ 14%.
Abẹrẹ: attenuation agbara jẹ eyiti o han gedegbe, ṣugbọn ko si idinku abawọn apapọ ni iyara, ati iwọn itọju agbara ti awọn akoko 200 2C ati 5C jẹ 47% ati 40%, lẹsẹsẹ.
Ara ajeji irin: agbara ti irin Co ajeji ara jẹ fere 0 lẹhin ọpọlọpọ awọn iyipo, ati agbara ọmọ 5C ti irin ajeji ara Al bankanje dinku ni pataki.
Sisọ Leak: Fun agbegbe jijo kanna, agbara batiri ti awọn ila kekere pupọ dinku yiyara ju adikala ti o tobi ju (47% fun awọn akoko 200 ni 5C) (7% fun awọn iyipo 200 ni 5C). Eyi tọkasi pe bi nọmba awọn ila ti pọ si, ipa ti o pọ si lori iwọn batiri naa.
olusin 10 Ipa ti elekiturodu dì dada abawọn lori cell oṣuwọn ọmọ
Ref.: [1] Ti kii-ti iparun igbelewọn ti Iho-die-ti a bo litiumu secondary batirielectrodes nipasẹ in-ila lesa caliper ati IR thermography ọna [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6 (3): 674-683.[2] Ipa ti elekiturodu ẹrọ abawọn lori electrochemical iṣẹ oflithium-ion batiri: Imọ ti awọn orisun ikuna batiri[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.
