Naha batré litium beusi fosfat gagal?

Ngartos sabab atanapi mékanisme gagalna batré litium beusi fosfat penting pisan pikeun ningkatkeun kamampuan batré sareng produksi sareng panggunaan skala ageung. Artikel ieu ngabahas efek tina najis, métode formasi, kaayaan gudang, daur ulang, overcharge, sarta over-discharge on gagal batré.

1. Gagalna dina prosés produksi

Dina prosés produksi, tanaga, alat, bahan baku, metode, sareng lingkungan mangrupikeun faktor utama anu mangaruhan kualitas produk. Dina prosés produksi batré kakuatan LiFePO4, tanaga jeung alat milik lingkup manajemén, jadi urang utamana ngabahas tilu faktor épék panungtungan.

Kotoran dina bahan éléktroda aktip nyababkeun kagagalan batré.

Salila sintésis LiFePO4, bakal aya sajumlah leutik pangotor kayaning Fe2O3 na Fe. Kotoran ieu bakal ngirangan dina permukaan éléktroda négatip sareng tiasa nembus diafragma sareng nyababkeun sirkuit pondok internal. Nalika LiFePO4 kakeunaan hawa pikeun lila, Uap bakal deteriorate batréna. Dina tahap awal sepuh, fosfat beusi amorf kabentuk dina beungeut bahan. Komposisi sareng struktur lokalna sami sareng LiFePO4 (OH); kalayan sisipan OH, LiFePO4 terus-terusan dikonsumsi, Diwujudkeun salaku paningkatan volume; engké recrystallized lalaunan pikeun ngabentuk LiFePO4 (OH). Kotoran Li3PO4 dina LiFePO4 sacara éléktrokimia inert. Nu leuwih luhur eusi najis tina anoda grafit, nu gede leungitna kapasitas teu bisa balik.

Gagalna batré disababkeun ku métode formasi

Leungitna teu bisa balik ion litium aktif munggaran reflected dina ion litium dikonsumsi bari ngabentuk mémbran interfacial éléktrolit padet. Studi geus kapanggih yén ngaronjatna suhu formasi bakal ngabalukarkeun leungitna leuwih irreversible ion litium. Nalika suhu formasi ningkat, proporsi komponén anorganik dina pilem SEI bakal ningkat. Gas anu dileupaskeun nalika transformasi tina bagian organik ROCO2Li ka komponén anorganik Li2CO3 bakal nyababkeun langkung seueur cacad dina pilem SEI. Sajumlah ageung ion litium anu dilebur ku cacad ieu bakal dipasang dina éléktroda grafit négatip.

Salila formasi, komposisi jeung ketebalan tina pilem SEI dibentuk ku ngecas low-ayeuna anu seragam tapi consuming waktu; ngecas-arus tinggi bakal ngabalukarkeun leuwih réaksi samping lumangsung, hasilna ngaronjat leungitna litium-ion teu bisa balik sarta impedansi panganteur éléktroda négatip ogé bakal ningkat, tapi ngaheéat waktos. Waktos; Kiwari, mode formasi arus leutik konstan ayeuna-arus badag arus konstan jeung tegangan konstan dipaké leuwih remen ku kituna bisa nyokot kaunggulan duanana kana rekening.

Gagalna batré disababkeun ku Uap di lingkungan produksi

Dina produksi sabenerna, batré inevitably bakal kontak hawa sabab bahan positif jeung negatif lolobana micron atanapi nano-ukuran partikel, sarta molekul pangleyur dina éléktrolit nu boga gugus karbonil éléktronégatif badag sarta beungkeut ganda karbon-karbon metastable. Kabéh gampang nyerep Uap dina hawa.

Molekul cai meta jeung uyah litium (utamana LiPF6) dina éléktrolit, nu decomposes sarta meakeun éléktrolit (decomposes pikeun ngabentuk PF5) sarta ngahasilkeun zat asam HF. Duanana PF5 sareng HF bakal ngancurkeun pilem SEI, sareng HF ogé bakal ngamajukeun korosi bahan aktip LiFePO4. Molekul cai ogé bakal delithiate litium-intercalated grafit éléktroda négatip, ngabentuk litium hidroksida di handapeun pilem SEI. Sajaba ti éta, O2 leyur dina éléktrolit ogé bakal ngagancangkeun sepuh batré LiFePO4.

Dina prosés produksi, salian ti prosés produksi anu mangaruhan kinerja batré, faktor utama anu ngabalukarkeun gagalna batré kakuatan LiFePO4 kaasup pangotor dina bahan baku (kaasup cai) jeung prosés formasi, jadi purity tina bahan, kadali kalembaban lingkungan, métode formasi, jsb Faktor anu krusial.

2. Gagalna dina rak

Salila hirup layanan batré kakuatan, lolobana waktu na dina kaayaan rak. Sacara umum, sanggeus waktu shelving lila, kinerja batré bakal turun, biasana némbongkeun paningkatan dina lalawanan internal, panurunan dina tegangan, sarta panurunan dina kapasitas ngurangan. Seueur faktor anu nyababkeun degradasi kinerja batré, diantarana suhu, kaayaan muatan, sareng waktos mangrupikeun faktor pangaruh anu paling jelas.

Kassem et al. dianalisis sepuh batré kakuatan LiFePO4 dina kaayaan gudang béda. Aranjeunna yakin yén mékanisme sepuh utamana réaksi samping tina éléktroda positif jeung negatif. Éléktrolit (dibandingkeun jeung réaksi samping éléktroda positif, réaksi samping éléktroda grafit négatip leuwih beurat, utamana disababkeun ku pangleyur. Dékomposisi, tumuwuhna pilem SEI) meakeun ion litium aktip. Dina waktos anu sami, total impedansi batré naék, leungitna ion litium aktip nyababkeun sepuh batré nalika ditinggalkeun. Leungitna kapasitas batré kakuatan LiFePO4 ningkat kalayan naékna suhu neundeun. Sabalikna, nalika kaayaan panyimpen muatan naék, leungitna kapasitas langkung sakedik.

Grolleau et al. ogé ngahontal kacindekan anu sarua: suhu gudang boga dampak leuwih signifikan dina sepuh batré kakuatan LiFePO4, dituturkeun ku kaayaan gudang muatan, sarta model basajan diusulkeun. Bisa ngaduga leungitna kapasitas batré kakuatan LiFePO4 dumasar kana faktor nu patali jeung waktu neundeun (suhu jeung kaayaan muatan). Dina kaayaan SOC spésifik, sakumaha waktu rak nambahan, litium dina grafit bakal diffuse ka tepi, ngabentuk sanyawa kompléks jeung éléktrolit jeung éléktron, hasilna kanaékan proporsi ion litium teu bisa balik, thickening tina SEI, jeung konduktivitas. Kanaékan impedansi disababkeun ku panurunan (komponén anorganik nambahan, jeung sababaraha boga kasempetan pikeun ngabubarkeun deui) jeung ngurangan aktivitas permukaan éléktroda babarengan ngabalukarkeun sepuh batré.

Paduli kaayaan ngecas atawa kaayaan discharging, calorimetry scanning diferensial teu manggihan réaksi nanaon antara LiFePO4 jeung éléktrolit béda (éléktrolit nyaéta LiBF4, LiAsF6, atawa LiPF6) dina rentang suhu ti suhu kamar nepi ka 85 ° C. Sanajan kitu, nalika LiFePO4 ieu immersed dina éléktrolit LiPF6 keur lila, éta masih bakal némbongkeun réaktivitas husus. Kusabab réaksi pikeun ngabentuk panganteur anu berkepanjangan, aya kénéh euweuh pilem passivation dina beungeut LiFePO4 pikeun nyegah réaksi salajengna jeung éléktrolit sanggeus immersing salila sabulan.

Dina kaayaan rak, kaayaan panyimpen anu goréng (suhu luhur sareng kaayaan muatan anu luhur) bakal ningkatkeun darajat batré kakuatan LiFePO4, ngajantenkeun sepuh batré langkung atra.

3. Gagalna dina daur ulang

Batré umumna ngaluarkeun panas nalika dianggo, janten pangaruh suhu anu signifikan. Salaku tambahan, kaayaan jalan, pamakean, sareng suhu lingkungan sadayana bakal gaduh pangaruh anu béda.

Leungitna ion litium aktif umumna ngabalukarkeun leungitna kapasitas batré kakuatan LiFePO4 salila Ngabuburit. Dubarry et al. némbongkeun yén sepuh tina batré kakuatan LiFePO4 salila Ngabuburit utamana alatan prosés tumuwuhna kompléks nu meakeun fungsional litium-ion pilem SEI. Dina prosés ieu, leungitna ion litium aktip langsung ngurangan laju ingetan tina kapasitas batré; tumuwuhna kontinyu tina pilem SEI, di hiji sisi, ngabalukarkeun kanaékan résistansi polarisasi batréna. Dina waktu nu sarua, ketebalan tina pilem SEI teuing kandel, sarta kinerja éléktrokimia tina anoda grafit. Sawaréh bakal nganonaktipkeun kagiatan.

Salila Ngabuburit suhu luhur, Fe2 + dina LiFePO4 bakal leyur ka extent tangtu. Sanajan jumlah Fe2 + leyur teu boga pangaruh signifikan dina kapasitas éléktroda positif, disolusi Fe2 + jeung présipitasi Fe dina éléktroda grafit négatip bakal maénkeun peran katalitik dina tumuwuhna pilem SEI. . Tan dianalisis sacara kuantitatif dimana sareng dimana ion litium aktip leungit sareng mendakan yén kalolobaan leungitna ion litium aktip lumangsung dina permukaan éléktroda grafit négatip, khususna dina siklus suhu luhur, nyaéta, leungitna kapasitas siklus suhu luhur. leuwih gancang, sarta diringkeskeun pilem SEI Aya tilu mékanisme béda karuksakan sarta perbaikan:

1. Éléktron dina anoda grafit ngaliwatan pilem SEI pikeun ngurangan ion litium.
2. The disolusi jeung regenerasi sababaraha komponén pilem SEI.
3. Kusabab parobahan volume anoda grafit, mémbran SEI disababkeun ku beubeulahan.

Salian kaleungitan ion litium aktip, bahan positip sareng négatip bakal mudun nalika didaur ulang. Kajadian retakan dina éléktroda LiFePO4 nalika didaur ulang bakal nyababkeun polarisasi éléktroda ningkat sareng konduktivitas antara bahan aktif sareng agén konduktif atanapi kolektor ayeuna ngirangan. Nagpure dipaké Scanning Extended Résistansi Mikroskopi (SSRM) pikeun semi-kuantitatif nalungtik parobahan LiFePO4 sanggeus sepuh sarta kapanggih yén coarsening of nanopartikel LiFePO4 sarta deposit permukaan dihasilkeun ku réaksi kimiawi husus babarengan ngarah ka paningkatan dina impedansi katoda LiFePO4. Sajaba ti éta, réduksi tina permukaan aktif sarta exfoliation éléktroda grafit disababkeun ku leungitna bahan grafit aktip ogé dianggap ngabalukarkeun sepuh batré. Instability of anoda grafit bakal ngabalukarkeun instability tina pilem SEI jeung ngamajukeun konsumsi ion litium aktip.

The-rate luhur ngurangan batré bisa nyadiakeun kakuatan signifikan pikeun kandaraan listrik; nyaeta, hadé kinerja laju batré kakuatan, hadé kinerja akselerasi mobil listrik. Hasil panalungtikan Kim et al. némbongkeun yén mékanisme sepuh of LiFePO4 éléktroda positif jeung grafit éléktroda négatip béda: kalawan kanaékan laju ngurangan, leungitna kapasitas éléktroda positif naek leuwih ti nu éléktroda négatip. Leungitna kapasitas batre salila siklus low-rate utamana alatan konsumsi ion litium aktip dina éléktroda négatip. Kontras, leungitna kakuatan batré salila siklus laju luhur alatan kanaékan impedansi éléktroda positif.

Sanajan jerona ngurangan tina batré kakuatan dipaké moal mangaruhan leungitna kapasitas, éta bakal mangaruhan leungitna kakuatan na: laju leungitna kakuatan naek jeung kanaékan jerona ngurangan. Ieu alatan kanaékan impedansi tina pilem SEI jeung kanaékan impedansi sakabéh batré. Ieu langsung patali. Sanajan relatif ka leungitna ion litium aktip, wates luhur tegangan ngecas teu boga pangaruh katempo dina gagal batré, wates luhur teuing low atawa luhur teuing tina tegangan ngecas bakal ningkatkeun impedansi panganteur tina éléktroda LiFePO4: a low luhur. tegangan wates moal jalan ogé. Film passivation kabentuk dina taneuh, sarta wates tegangan luhur teuing tinggi bakal ngabalukarkeun dékomposisi oksidatif éléktrolit nu. Bakal nyieun produk kalawan konduktivitas low dina beungeut éléktroda LiFePO4.

Kapasitas ngurangan tina batré kakuatan LiFePO4 bakal lungsur gancang nalika hawa nurun, utamana alatan ngurangan konduktivitas ion sarta kanaékan impedansi panganteur. Li diajar katoda LiFePO4 sareng anoda grafit sacara misah sareng mendakan yén faktor kontrol utama anu ngabatesan kinerja suhu rendah tina anoda sareng anoda béda. Turunna konduktivitas ionik katoda LiFePO4 dominan, sareng paningkatan impedansi antarbeungeut anoda grafit mangrupikeun alesan utama.

Salila pamakéan, degradasi éléktroda LiFePO4 jeung anoda grafit jeung tumuwuhna kontinyu pilem SEI bakal ngakibatkeun gagalna batré jeung varying derajat. Salaku tambahan, salian faktor anu teu tiasa dikadalikeun sapertos kaayaan jalan sareng suhu ambien, panggunaan batré anu teratur ogé penting, kalebet tegangan ngecas anu pas, jerona anu cocog, jsb.

4. gagal salila ngecas na discharging

Batré sering dicas teuing nalika dianggo. Aya kirang over-discharge. Panas anu dileupaskeun nalika overcharge atanapi over-discharge kamungkinan akumulasi di jero batré, teras ningkatkeun suhu batré. Éta mangaruhan umur jasa batré sareng ningkatkeun kamungkinan seuneu atanapi ledakan badai. Malah dina kaayaan ngecas na discharging biasa, sakumaha jumlah siklus naek, inconsistency kapasitas sél tunggal dina sistem batré bakal naek. Batré kalayan kapasitas panghandapna bakal ngalaman prosés ngecas sareng ngeusi batre.

Sanajan LiFePO4 boga stabilitas termal pangalusna dibandingkeun bahan éléktroda positif lianna dina kaayaan ngecas béda, overcharging ogé bisa ngabalukarkeun resiko unsafe dina ngagunakeun batré kakuatan LiFePO4. Dina kaayaan overcharged, pangleyur dina éléktrolit organik leuwih rawan dékomposisi oksidatif. Di antara pangleyur organik nu ilahar dipaké, étiléna karbonat (EC) preferentially bakal ngalaman dékomposisi oksidatif dina beungeut éléktroda positif. Kusabab poténsi sisipan litium (versus poténsi litium) tina éléktroda grafit négatip nyaéta deet, présipitasi litium kamungkinan pisan dina éléktroda grafit négatip.

Salah sahiji alesan utama pikeun gagal batré dina kaayaan overcharged nyaéta sirkuit pondok internal disababkeun ku dahan kristal litium piercing diafragma. Lu et al. dianalisis mékanisme gagalna litium plating dina permukaan éléktroda lawan grafit disababkeun ku overcharge. Hasilna nunjukkeun yén struktur sakabéh éléktroda grafit négatip teu robah, tapi aya cabang kristal litium jeung pilem permukaan. Réaksi litium sareng éléktrolit nyababkeun pilem permukaan ningkat terus-terusan, anu meakeun litium langkung aktip sareng nyababkeun litium kasebar kana grafit. Éléktroda négatip janten langkung kompleks, anu salajengna bakal ngamajukeun déposisi litium dina permukaan éléktroda négatip, nyababkeun panurunan salajengna dina kapasitas sareng efisiensi coulombik.

Sajaba ti éta, pangotor logam (utamana Fe) umumna dianggap salah sahiji alesan utama gagalna overcharge batré. Xu et al. sacara sistematis diajar mékanisme gagalna batré kakuatan LiFePO4 dina kaayaan overcharge. Hasilna nunjukkeun yén rédoks Fe salila overcharge / siklus ngurangan sacara téoritis mungkin, sarta mékanisme réaksi dibikeun. Lamun overcharge lumangsung, Fe munggaran dioksidasi jadi Fe2+, Fe2+ salajengna deteriorates jadi Fe3+, terus Fe2+ jeung Fe3+ dikaluarkeun tina éléktroda positif. Hiji sisi diffuses ka sisi éléktroda négatip, Fe3 + tungtungna diréduksi jadi Fe2 +, sarta Fe2 + salajengna diréduksi jadi Fe; nalika overcharge / siklus ngurangan, dahan kristal Fe bakal dimimitian dina éléktroda positif jeung negatif dina waktos anu sareng, piercing SEPARATOR pikeun nyieun sasak Fe, hasilna batré mikro Short circuit, fenomena katempo nu accompanies mikro circuit pondok batré urang téh kontinyu. paningkatan dina suhu sanggeus overcharging.

Salila overcharge, poténsi éléktroda négatip bakal naek gancang. Potensi kanaékan bakal ngancurkeun pilem SEI dina beungeut éléktroda négatip (bagian beunghar sanyawa anorganik dina pilem SEI leuwih gampang jadi dioksidasi), nu bakal ngabalukarkeun dékomposisi tambahan éléktrolit nu, hasilna leungitna kapasitas. Langkung importantly, collector ayeuna négatip Cu foil bakal dioksidasi. Dina pilem SEI tina éléktroda négatip, Yang et al. kauninga Cu2O, produk oksidasi Cu foil, nu bakal ningkatkeun daya tahan internal batré sarta ngabalukarkeun leungitna kapasitas badai.

Anjeunna et al. diajar prosés over-discharge tina batré kakuatan LiFePO4 di jéntré. Hasilna némbongkeun yén collector arus négatip Cu foil bisa dioksidasi jadi Cu + salila overdischarge, sarta Cu + salajengna dioksidasi jadi Cu2 +, sanggeus éta diffuse ka éléktroda positif. Réaksi réduksi bisa lumangsung dina éléktroda positif. Ku cara kieu, bakal ngabentuk dahan kristal dina sisi éléktroda positif, Pierce SEPARATOR tur ngabalukarkeun sirkuit pondok mikro jero batréna. Ogé, alatan over-discharge, suhu batré bakal terus naek.

Overcharge batré kakuatan LiFePO4 bisa ngabalukarkeun dékomposisi éléktrolit oksidatif, évolusi litium, sarta formasi dahan kristal Fe; over-discharge bisa ngabalukarkeun karuksakan SEI, hasilna degradasi kapasitas, oksidasi foil Cu, komo penampilan dahan kristal Cu.

5. gagal séjén

Alatan konduktivitas low alamiah tina LiFePO4, morfologi jeung ukuran tina bahan sorangan jeung épék conductive agén jeung binders gampang manifested. Gaberscek et al. ngabahas dua faktor kontradiktif ukuran jeung palapis karbon sarta kapanggih yén impedansi éléktroda of LiFePO4 ngan patali jeung ukuran partikel rata. The defects anti situs di LiFePO4 (Fe nempatan situs Li) bakal boga dampak husus dina kinerja batréna: sabab pangiriman ion litium jero LiFePO4 mangrupa hiji-dimensi, cacad ieu bakal ngahalangan komunikasi ion litium; alatan bubuka nagara valénsi tinggi Kusabab repulsion éléktrostatik tambahan, cacad ieu ogé bisa ngabalukarkeun instability tina struktur LiFePO4.

Partikel badag tina LiFePO4 teu bisa utterly delighted di ahir ngecas; nu LiFePO4 nano-terstruktur bisa ngurangan defects inversion, tapi énergi permukaan luhur na bakal ngabalukarkeun timer ngurangan. PVDF mangrupikeun binder anu paling sering dianggo ayeuna, anu ngagaduhan kalemahan sapertos réaksi dina suhu luhur, disolusi dina éléktrolit henteu cai, sareng kalenturan anu teu cekap. Éta gaduh dampak khusus dina leungitna kapasitas sareng siklus kahirupan LiFePO4. Sajaba ti éta, collector ayeuna, diafragma, komposisi éléktrolit, prosés produksi, faktor manusa, Geter éksternal, shock, jeung sajabana, bakal mangaruhan kinerja batré ka varying derajat.

Rujukan: Miao Meng et al. "Kamajuan Panalungtikan ngeunaan Gagalna Batré Daya Litium Beusi Fosfat."