Poukisa batri ityòm fè fosfat echwe?

Konprann kòz la oswa mekanis nan echèk batri ityòm fè fosfat trè enpòtan pou amelyore pèfòmans batri ak pwodiksyon gwo echèl li yo ak itilizasyon. Atik sa a diskite sou efè enpurte yo, metòd fòmasyon, kondisyon depo, resiklaj, twòp chaj, ak twòp egzeyat sou echèk batri.

1. Echèk nan pwosesis pwodiksyon an

Nan pwosesis pwodiksyon an, pèsonèl, ekipman, matyè premyè, metòd, ak anviwònman yo se faktè prensipal yo ki afekte kalite pwodwi. Nan pwosesis pwodiksyon pil pouvwa LiFePO4, pèsonèl ak ekipman fè pati jesyon an, kidonk nou sitou diskite sou twa dènye efè faktè.

Enpurte nan materyèl elektwòd aktif la lakòz echèk batri a.

Pandan sentèz LiFePO4, pral gen yon ti kantite enpurte tankou Fe2O3 ak Fe. Enpurte sa yo pral redwi sou sifas elektwòd negatif la epi yo ka pèse dyafram nan epi lakòz yon kous kout entèn. Lè LiFePO4 ekspoze nan lè a pou yon tan long, imidite pral deteryore batri a. Nan etap nan byen bonè nan aje, fosfat fè amorphe fòme sou sifas la nan materyèl la. Konpozisyon lokal li yo ak estrikti yo sanble ak LiFePO4 (OH); ak ensèsyon nan OH, LiFePO4 se kontinyèlman boule, Manifeste kòm yon ogmantasyon nan volim; pita rkristalize tou dousman pou fòme LiFePO4(OH). Enpurte Li3PO4 nan LiFePO4 se electrochemically inaktif. Pi wo kontni an enpurte nan anod grafit la, se pi gwo pèt kapasite irevokabl la.

Echèk batri a ki te koze pa metòd fòmasyon an

Pèt irevokabl nan iyon ityòm aktif premye reflete nan iyon yo ityòm konsome pandan y ap fòme manbràn entèfas solid elektwolit la. Etid yo te jwenn ke ogmante tanperati fòmasyon an pral lakòz yon pèt irevokabl nan iyon ityòm. Lè tanperati fòmasyon an ogmante, pwopòsyon de eleman inòganik nan fim SEI a ap ogmante. Gaz la lage pandan transfòmasyon soti nan pati òganik ROCO2Li nan eleman inòganik Li2CO3 la pral lakòz plis domaj nan fim nan SEI. Yon gwo kantite iyon ityòm solvated pa domaj sa yo pral entegre nan elektwòd grafit negatif la.

Pandan fòmasyon an, konpozisyon an ak epesè nan fim nan SEI ki te fòme pa ba-aktyèl chaje yo inifòm men tan konsome; chaj segondè-aktyèl pral lakòz plis reyaksyon segondè rive, sa ki lakòz ogmante pèt ityòm-ion irevokabl ak enpedans negatif koòdone elektwòd la ap ogmante tou, men li ekonomize tan. Tan; Sèjousi, mòd fòmasyon ti aktyèl konstan aktyèl-gwo aktyèl konstan aktyèl ak vòltaj konstan yo itilize pi souvan pou li ka pran avantaj ki genyen nan tou de an kont.

Echèk batri ki te koze pa imidite nan anviwònman pwodiksyon an

Nan pwodiksyon aktyèl la, batri a pral inevitableman kontakte lè a paske materyèl yo pozitif ak negatif yo se sitou micron oswa nano-gwosè patikil, ak molekil yo sòlvan nan elektwolit la gen gwo gwoup elektwonegatif kabònil ak metastab kabòn-kabòn lyezon doub. Tout fasil absòbe imidite nan lè a.

Molekil dlo yo reyaji ak sèl ityòm (espesyalman LiPF6) nan elektwolit la, ki dekonpoze ak konsome elektwolit la (dekonpoze pou fòme PF5) epi li pwodui sibstans asid HF. Tou de PF5 ak HF pral detwi fim nan SEI, ak HF pral tou ankouraje korozyon nan materyèl la aktif LiFePO4. Molekil dlo yo pral tou delithiate elektwòd negatif grafit ityòm-intercalated la, fòme idroksid ityòm nan pati anba a nan fim nan SEI. Anplis de sa, O2 fonn nan elektwolit la pral akselere tou aje nan LiFePO4 pil.

Nan pwosesis pwodiksyon an, anplis de pwosesis pwodiksyon an ki afekte pèfòmans batri a, faktè prensipal yo ki lakòz echèk batri pouvwa LiFePO4 a gen ladan enpurte yo nan matyè premyè yo (ki gen ladan dlo) ak pwosesis fòmasyon an, kidonk pite a. materyèl, kontwòl imidite anviwònman an, metòd fòmasyon, elatriye Faktè yo enpòtan anpil.

2. Echèk nan etajè

Pandan lavi sèvis yon batri pouvwa, pi fò nan tan li se nan yon eta de etajè. Anjeneral, apre yon tan long etajè, pèfòmans batri a ap diminye, anjeneral, montre yon ogmantasyon nan rezistans entèn, yon diminisyon nan vòltaj, ak yon diminisyon nan kapasite egzeyat. Anpil faktè lakòz degradasyon nan pèfòmans batri a, nan ki tanperati, eta chaj, ak tan se faktè ki pi aparan enfliyanse.

Kassem et al. analize aje a nan LiFePO4 pouvwa pil anba kondisyon depo diferan. Yo kwè ke mekanis aje a se sitou reyaksyon an bò nan elektwòd yo pozitif ak negatif. Elektwolit la (konpare ak reyaksyon an bò nan elektwòd la pozitif, reyaksyon an bò nan elektwòd la grafit negatif se pi lou, sitou ki te koze pa sòlvan an. Dekonpozisyon, kwasans lan nan fim nan SEI) konsome iyon ityòm aktif. An menm tan an, total enpedans batri a ogmante, pèt ityòm aktif iyon yo mennen a vieillissement batri a lè li rete. Pèt kapasite batri pouvwa LiFePO4 ogmante ak ogmantasyon tanperati depo. Kontrèman, kòm eta depo chaj ogmante, pèt kapasite a pi piti.

Grolleau et al. tou rive nan menm konklizyon an: tanperati depo a gen yon enpak pi enpòtan sou aje LiFePO4 pouvwa pil, ki te swiv pa eta depo chaj, ak yon modèl senp pwopoze. Li ka predi pèt kapasite batri a pouvwa LiFePO4 ki baze sou faktè ki gen rapò ak tan depo (tanperati ak eta chaj). Nan yon eta SOC espesifik, kòm tan etajè a ogmante, ityòm nan grafit la pral difize nan kwen an, fòme yon konpoze konplèks ak elektwolit la ak elektwon, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan pwopòsyon de iyon ityòm irevokabl, epesman nan SEI la, ak konduktivite. Ogmantasyon nan enpedans ki te koze pa diminisyon (konpozan inòganik ogmante, ak kèk gen yon chans pou re-fonn) ak rediksyon nan aktivite sifas elektwòd la ansanm lakòz aje batri a.

Kèlkeswa eta a chaje oswa eta a egzeyat, kalorimetri a optik diferans pa t 'jwenn okenn reyaksyon ant LiFePO4 ak elektwolit diferan (elektwolit la se LiBF4, LiAsF6, oswa LiPF6) nan seri a tanperati soti nan tanperati chanm nan 85 ° C. Sepandan, lè LiFePO4 benyen nan elektwolit LiPF6 pou yon tan long, li ap toujou montre reyaksyon espesifik. Paske reyaksyon pou fòme koòdone a pwolonje, toujou pa gen okenn fim pasivasyon sou sifas LiFePO4 pou anpeche plis reyaksyon ak elektwolit la apre yo fin plonje pou yon mwa.

Nan eta etajè a, kondisyon depo pòv (tanperati ki wo ak gwo eta chaj) ap ogmante degre nan pwòp tèt ou-egzeyat nan batri a pouvwa LiFePO4, fè batri a aje pi evidan.

3. Echèk nan resiklaj

Batri jeneralman emèt chalè pandan itilizasyon, kidonk enfliyans tanperati a enpòtan. Anplis de sa, kondisyon wout, itilizasyon, ak tanperati anbyen pral gen efè diferan.

Pèt iyon ityòm aktif jeneralman lakòz pèt kapasite pil pouvwa LiFePO4 pandan monte bisiklèt. Dubarry et al. te montre ke aje a nan pil pouvwa LiFePO4 pandan monte bisiklèt se sitou akòz yon pwosesis kwasans konplèks ki konsome fonksyonèl ityòm-ion fim SEI. Nan pwosesis sa a, pèt iyon ityòm aktif dirèkteman diminye pousantaj retansyon kapasite batri a; kwasans lan kontinyèl nan fim nan SEI, sou yon bò, lakòz ogmantasyon nan rezistans nan polarizasyon nan batri a. An menm tan an, epesè fim SEI a twò epè, ak pèfòmans electrochemical anod grafit la. Li pral pasyèlman inaktive aktivite a.

Pandan monte bisiklèt segondè-tanperati, Fe2 + nan LiFePO4 pral fonn nan yon sèten limit. Malgre ke kantite Fe2 + ki fonn pa gen okenn efè enpòtan sou kapasite elektwòd pozitif la, yap divòse Fe2 + ak presipitasyon Fe sou elektwòd grafit negatif la pral jwe yon wòl katalitik nan kwasans fim SEI. . Tan quantitatively analize ki kote ak ki kote iyon yo ityòm aktif yo te pèdi epi li te jwenn ke pi fò nan pèt la nan iyon ityòm aktif ki te fèt sou sifas la nan elektwòd la grafit negatif, espesyalman pandan sik segondè-tanperati, se sa ki, pèt la kapasite sik segondè-tanperati. se pi vit, ak rezime fim nan SEI Gen twa mekanis diferan nan domaj ak reparasyon:

1. Elektwon yo nan anod grafit la pase nan fim SEI pou diminye iyon ityòm.
2. Disolisyon an ak rejenerasyon nan kèk eleman nan fim nan SEI.
3. Akòz chanjman volim anod grafit la, manbràn SEI a te koze pa rupture.

Anplis de sa nan pèt la nan iyon ityòm aktif, tou de materyèl pozitif ak negatif pral deteryore pandan resiklaj. Ensidan an nan fant nan elektwòd LiFePO4 la pandan resiklaj pral lakòz polarizasyon elektwòd la ogmante ak konduktiviti ki genyen ant materyèl la aktif ak ajan an konduktif oswa pèseptè aktyèl la diminye. Nagpure te itilize Scanning Extended Resistance Microscopy (SSRM) pou etid semi-quantitative chanjman LiFePO4 apre aje epi li te jwenn ke grossaj nan nanopartikil LiFePO4 ak depo sifas ki te pwodwi pa reyaksyon chimik espesifik ansanm mennen nan yon ogmantasyon nan enpedans nan katod LiFePO4. Anplis de sa, rediksyon nan sifas aktif ak èksfolyasyon nan elektwòd grafit ki te koze pa pèt la nan materyèl grafit aktif yo konsidere tou kòm kòz la nan aje batri. Enstabilite nan anod grafit pral lakòz enstabilite nan fim nan SEI ak ankouraje konsomasyon nan iyon ityòm aktif.

Egzeyat segondè batri a ka bay gwo pouvwa pou machin elektrik la; sa vle di, pi bon pèfòmans pousantaj batri pouvwa a, pi bon pèfòmans akselerasyon machin elektrik la. Rezilta rechèch Kim et al. te montre ke mekanis aje nan elektwòd pozitif LiFePO4 ak elektwòd negatif grafit diferan: ak ogmantasyon pousantaj egzeyat, pèt kapasite elektwòd pozitif la ogmante plis pase elektwòd negatif la. Pèt la nan kapasite batri pandan monte bisiklèt ki ba-pousantaj se sitou akòz konsomasyon nan iyon ityòm aktif nan elektwòd negatif la. Kontrèman, pèt pouvwa batri a pandan monte bisiklèt segondè se akòz ogmantasyon nan enpedans elektwòd pozitif la.

Malgre ke pwofondè nan egzeyat nan batri a pouvwa nan itilize pa pral afekte pèt la kapasite, li pral afekte pèt pouvwa li yo: vitès la nan pèt pouvwa ogmante ak ogmantasyon nan pwofondè nan egzeyat. Sa a se akòz ogmantasyon nan enpedans nan fim nan SEI ak ogmantasyon nan enpedans nan batri a tout antye. Li gen rapò dirèkteman. Malgre ke relatif nan pèt la nan iyon ityòm aktif, limit la anwo nan vòltaj la chaje pa gen okenn enfliyans aparan sou echèk batri, yon limit ki twò ba oswa twò wo nan vòltaj la chaje ap ogmante enpedans nan koòdone nan elektwòd LiFePO4 la: yon ki ba anwo. vòltaj limit pa pral travay byen. Se fim nan pasivasyon ki fòme sou tè a, ak yon limit vòltaj siperyè twò wo pral lakòz Dekonpozisyon oksidatif nan elektwolit la. Li pral kreye yon pwodwi ak konduktiviti ki ba sou sifas elektwòd LiFePO4 la.

Kapasite egzeyat batri pouvwa LiFePO4 la pral tonbe rapidman lè tanperati a diminye, sitou akòz rediksyon konduktiviti ion ak ogmantasyon enpedans koòdone. Li etidye katod LiFePO4 ak anod grafit separeman e li te jwenn ke faktè prensipal kontwòl ki limite pèfòmans ba-tanperati anod ak anod yo diferan. Diminisyon nan konduktiviti iyonik nan katod LiFePO4 se dominan, ak ogmantasyon nan enpedans nan koòdone nan anod grafit se rezon prensipal la.

Pandan itilizasyon, degradasyon elektwòd LiFePO4 ak anod grafit ak kwasans kontinyèl fim SEI ap lakòz echèk batri a diferan degre. Anplis de sa, anplis de faktè enkontwolab tankou kondisyon wout ak tanperati anbyen, itilizasyon regilye batri a esansyèl tou, ki gen ladan vòltaj chaje apwopriye, pwofondè egzeyat ki apwopriye a, elatriye.

4. echèk pandan chaje ak dechaje

Batri a souvan inevitableman twò chaje pandan w ap itilize. Gen mwens twòp egzeyat. Chalè a lage pandan twòp chaj oswa twòp egzeyat gen chans rive nan akimile andedan batri a, plis ogmante tanperati batri a. Li afekte lavi sèvis batri a epi ogmante posiblite pou dife oswa eksplozyon tanpèt la. Menm anba kondisyon regilye chaje ak egzeyat, kòm kantite sik ogmante, enkonsistans nan kapasite nan selil yo sèl nan sistèm batri a ap ogmante. Batri a ak kapasite ki pi ba a pral sibi pwosesis la nan chaje ak sou-dechaje.

Malgre ke LiFePO4 gen pi bon estabilite tèmik konpare ak lòt materyèl elektwòd pozitif nan diferan kondisyon chaje, surcharge ka lakòz tou risk danjere nan itilize LiFePO4 pouvwa pil. Nan eta a twò chaje, sòlvan an nan elektwolit òganik la gen plis tandans fè Dekonpozisyon oksidatif. Pami solvang òganik yo souvan itilize, kabonat etilèn (EC) pral preferans sibi Dekonpozisyon oksidatif sou sifas elektwòd pozitif la. Depi potansyèl ensèsyon ityòm (kont potansyèl ityòm) nan elektwòd grafit negatif la pa fon, presipitasyon ityòm gen anpil chans nan elektwòd grafit negatif la.

Youn nan rezon prensipal pou echèk batri anba kondisyon ki twò chaje se kous kout entèn ki te koze pa branch kristal ityòm pèse dyafram la. Lu et al. analize mekanis echèk nan ityòm plating sou sifas elektwòd opoze grafit ki te koze pa surcharge. Rezilta yo montre ke estrikti an jeneral nan elektwòd grafit negatif la pa chanje, men gen branch kristal ityòm ak fim sifas yo. Reyaksyon an nan ityòm ak elektwolit lakòz fim nan sifas ogmante kontinyèlman, ki konsome ityòm pi aktif ak lakòz ityòm difize nan grafit. Elektwòd negatif la vin pi konplèks, ki pral plis ankouraje depo ityòm sou sifas elektwòd negatif la, sa ki lakòz yon diminisyon plis nan kapasite ak efikasite coulombic.

Anplis de sa, enpurte metal (espesyalman Fe) yo jeneralman konsidere kòm youn nan rezon prensipal pou echèk surcharge batri. Xu et al. sistematik etidye mekanis nan echèk nan LiFePO4 pouvwa pil anba kondisyon twòp chaj. Rezilta yo montre ke redox nan Fe pandan sik la surcharge / egzeyat se teyorikman posib, epi yo bay mekanis reyaksyon an. Lè surcharge rive, Fe se premye soksid nan Fe2 +, Fe2 + deteryore plis nan Fe3 +, ak Lè sa a, Fe2 + ak Fe3 + yo retire nan elektwòd pozitif la. Yon bò difize nan bò elektwòd negatif, Fe3 + finalman redwi a Fe2 +, ak Fe2 + redwi plis pou fòme Fe; lè sik surcharge / egzeyat, branch kristal Fe yo pral kòmanse nan elektwòd yo pozitif ak negatif an menm tan an, pèse separasyon an yo kreye pon Fe, sa ki lakòz mikwo batri Kout sikwi, fenomèn nan aparan ki akonpaye mikwo kous kout batri a se kontinyèl la. ogmantasyon nan tanperati apre twòp chaj.

Pandan surcharge, potansyèl elektwòd negatif la ap monte rapidman. Ogmantasyon potansyèl la pral detwi fim nan SEI sou sifas elektwòd negatif la (pati ki rich nan konpoze inòganik nan fim nan SEI gen plis chans yo dwe soksid), ki pral lakòz Dekonpozisyon adisyonèl nan elektwolit la, sa ki lakòz yon pèt kapasite. Sa ki pi enpòtan, negatif aktyèl pèseptè Cu FOIL la pral soksid. Nan fim nan SEI nan elektwòd negatif la, Yang et al. detekte Cu2O, pwodwi a oksidasyon nan FOIL Cu, ki ta ogmante rezistans entèn batri a ak lakòz pèt kapasite nan tanpèt la.

Li et al. etidye pwosesis la sou-egzeyat nan LiFePO4 pouvwa pil an detay. Rezilta yo te montre ke negatif aktyèl pèseptè Cu FOIL la ta ka soksid nan Cu + pandan twòp-egzeyat, ak Cu + se plis oksidasyon nan Cu2 +, apre sa yo difize nan elektwòd la pozitif. Yon reyaksyon rediksyon ka rive nan elektwòd pozitif la. Nan fason sa a, li pral fòme branch kristal sou bò elektwòd pozitif, pèse séparateur a ak lakòz yon kous mikwo kout andedan batri a. Epitou, akòz twòp egzeyat, tanperati batri a ap kontinye monte.

Surcharge nan batri pouvwa LiFePO4 ka lakòz dekonpozisyon elektwolit oksidatif, evolisyon ityòm, ak fòmasyon nan branch kristal Fe; twòp egzeyat ka lakòz domaj SEI, sa ki lakòz degradasyon kapasite, oksidasyon papye Cu, e menm aparans Cu kristal branch.

5. lòt echèk

Akòz nannan konduktiviti ki ba nan LiFePO4, mòfoloji a ak gwosè nan materyèl la tèt li ak efè yo nan ajan konduktif ak lyan yo fasil manifeste. Gaberscek et al. diskite de faktè sa yo kontradiktwa nan gwosè ak kouch kabòn epi li te jwenn ke enpedans elektwòd nan LiFePO4 se sèlman ki gen rapò ak gwosè a patikil mwayèn. Defo yo anti-sit nan LiFePO4 (Fe okipe sit Li) pral gen yon enpak patikilye sou pèfòmans nan batri a: paske transmisyon iyon ityòm andedan LiFePO4 se yon dimansyon, domaj sa a pral anpeche kominikasyon an nan ityòm iyon; akòz entwodiksyon de eta valans segondè Akòz repouse elektwostatik adisyonèl, domaj sa a ka lakòz tou enstabilite estrikti LiFePO4 la.

Patikil yo gwo nan LiFePO4 pa ka totalman kontan nan fen chaje; LiFePO4 nano-estriktire ka diminye domaj envèsyon, men enèji sifas segondè li yo pral lakòz pwòp tèt ou-egzeyat. PVDF se lyan ki pi souvan itilize kounye a, ki gen dezavantaj tankou reyaksyon nan tanperati ki wo, disolisyon nan elektwolit ki pa akeuz, ak fleksibilite ensifizan. Li gen yon enpak patikilye sou pèt kapasite ak lavi sik nan LiFePO4. Anplis de sa, pèseptè aktyèl la, dyafram, konpozisyon elektwolit, pwosesis pwodiksyon, faktè imen, Vibration ekstèn, chòk, elatriye, pral afekte pèfòmans batri a nan diferan degre.

Referans: Miao Meng et al. "Pwogrè rechèch sou echèk ityòm fè phosphate pouvwa pil."