Trang chủ > Tin tức > Nội dung
Chỉ số mật độ lithium Lithium pin cực mảnh
- Oct 12, 2018 -

Các tài liệu tích cực và tiêu cực desorbed hoặc nhúng trong lithium ion trong phí và xả. Phân phối nồng độ lithium là trực tiếp liên quan đến nhà nước phí vật liệu, và chặt chẽ liên quan đến stress và căng thẳng khi khối lượng của vật liệu điện cực mở rộng hoặc hợp đồng. Trong lithium ion battery cho mảnh cực, nếu bạn biết phân phối lithium, bạn có thể nhận được rất nhiều thông tin phản ứng điện cực, hiểu tính phí xả quá trình và giải thích cơ chế thất bại pin.

Pin lithium-ion như thế nào:

(1) tại thời điểm tính phí: Li deintercalated từ một vật liệu để làm cực âm (ví dụ, là một vật liệu LiCoO 2), và một chất điện phân mùa vào một vật liệu cực dương (ví dụ, là một vật liệu Graphite), trong khi một số tiền bằng nhau của các điện tử nhập vật liệu anôt trong một con đường đối diện lúc xả.

(2) trong quá trình xả: Li + deintercalated từ các vật liệu cực dương (tiêu cực điện cực), và chất điện phân được nhúng vào trong các vật liệu catốt (điện cực tích cực), trong khi một số tiền bằng nhau của dòng chảy electron trong từ các vật liệu cực dương, thông qua hiện tại thu âm điện cực hiện tại collector, mạch bên ngoài và các điện cực tích cực. Các vật liệu catốt được giới thiệu để gây ra phản ứng oxy hóa và giảm của tích cực và tiêu cực điện cực, tương ứng.

Sự khác biệt giữa các quá trình sạc và xả là khi sạc pin, các điện tử không thể di chuyển một cách tự nhiên trên các mạch điện bên ngoài, và nguồn cung cấp điện phải được áp dụng.

Các mô phỏng điện dự đoán lithium nồng độ phân phối

Điện pseudo-two-dimensional (P2D) mô hình của pin lithium-ion dựa trên lý thuyết của điện cực xốp và tập trung giải pháp lý thuyết. Như được hiển thị trong hình 1, trong quá trình thực tế các phản ứng hóa học bên trong pin được coi là, bao gồm cả quá trình khuếch tán pha rắn, lỏng giai đoạn khuếch tán andMigration quá trình, quá trình chuyển giao, pha rắn-lỏng tiềm năng cân bằng quá trình. Phương trình Butler-Volmer được sử dụng để mô tả phản ứng điện trên mỗi điện cực và quá trình nhúng và deintercalation bề mặt. Luật pháp phổ biến thứ hai của Fick được sử dụng để mô tả quá trình khuếch tán của lithium ion trong các hạt. Một số phương trình vi phân phần mô tả phản ứng quá trình và điều kiện biên tương ứng chiếm một mô hình. Các đường cong phí và xả các đặc điểm bên ngoài của các tế bào phản ứng có thể thu được trong một thời gian ngắn tính toán và pha rắn tài liệu tích cực và tiêu cực trong quá trình nội bộ cũng có thể thu được. Các chi tiết như nồng độ phân phối và pha rắn phân phối tiềm năng, cũng như giai đoạn chất lỏng tập trung phân phối và phân phối tiềm năng pha rắn các chất điện phân, có những lợi thế của tính chính xác, toàn diện, và Dựa trên cơ chế.

图片1
Fig.1 điện giả hai chiều (P2D) mô hình của pin lithium ion

Giả hai chiều mô hình được mở rộng. Khi các mô hình hình học thông qua một cơ cấu ba chiều, phân phối lithium trong vật liệu điện cực có thể được tính toán chi tiết. Như minh hoạ trong hình 2, các điện cực cobaltate lithium có một phân phối nồng độ lithium trong trạng thái khác nhau SOC phí. Xem unevenness địa phương trong việc phân phối của lithium.

图片2
Kết quả mô phỏng hình 2 phân phối nồng độ lithium lithium cobaltate điện cực

Nhiễu xạ neutron phát hiện on-line lithium nồng độ phân phối

Phân phối nồng độ lithium dự đoán điện hóa mô phỏng có thể giải thích nhiều vấn đề, nhưng điều này không phải là một kết quả thật sự đo lường, và là một giả định lý tưởng cho quá trình điện cực của lithium ion pin. Các kỹ thuật nhiễu xạ neutron là một kỹ thuật cho việc phân tích vật liệu bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau cho các tỷ lệ khác nhau occlusion bức xạ neutron. Bức xạ neutron có quyền lực thâm nhập mạnh mẽ, sự tán xạ và chiều dài là độc lập với số nguyên tử Z, là nhạy cảm với ánh sáng nguyên tử. Vì vậy, neutron là rất nhạy cảm với nguyên tử liti và niken mangan coban nguyên tử kim loại chuyển tiếp trong lithium ion battery vật liệu. Phân tích trong situ phân phối Li bên trong pin lithium ion được thực hiện mà không phá hủy cấu trúc của pin lithium ion.

Owejan et al. sử dụng các thiết bị hiển thị trong hình 3 để lắp ráp một điện cực than chì tiêu cực và một tấm liti vào half-cell một. Quá trình truyền tải và phân phối của lithium trong than chì cực mảnh đã được phát hiện trực tuyến bởi neutron nhiếp ảnh. Chùm neutron thẩm thấu qua PTFE đóng gói vật liệu, mặt cắt ngang của pin cực mảnh chụp ảnh, và sự phân bố của lithium trong tiết diện của điện cực trực tiếp được phát hiện. Sơn cực mảnh, một mặt có chiều rộng 5 mm và chiều dài của bề mặt phát hiện 15 mm, như minh hoạ trong hình 4a. Sau đó, thông qua phân tích lý thuyết, họ thiết lập một mối quan hệ trực tiếp giữa cường độ của quang phổ nơtron và nồng độ lithium, do đó việc phân phối các nồng độ lithium trên mảnh cực có thể được đo trực tiếp theo.

图片3
Hình 3 là một thiết bị xây dựng pin lithium cho độ phân giải cao neutron phát hiện trực tuyến

Hình 4 là một biểu đồ vẽ sự phân bố của liti được nhúng trong các tấm điện cực trong quá trình xả đầu tiên của các tấm điện cực than chì. 4A sơ nhìn một mảnh cực mẫu và bề mặt của nó phát hiện, các hình 4b là một nồng độ lithium bản đồ phân bố tương ứng với lịch trình xả khác nhau, và hình 4 c là một quá trình tiến hóa tiềm năng của pin tại một thời gian tương ứng. Nồng độ lithium của các điện cực và phân phối của nó tương ứng tốt để tiềm năng của các điện cực. Tương tự, hình 5 là một phân phối nồng độ lithium của các tấm điện cực than chì trong đầu tiên phụ trách-off của liti và một tiềm năng tại một thời gian tương ứng.

图片4
Hình 4 cho thấy sự phân bố nồng độ lithium của phần điện cực trong suốt quá trình chèn lithium đầu tiên than chì, (a) sơ đồ sơ đồ của các bức ảnh, (b) sự phân bố của liti vào các thời điểm khác nhau xuất viện và (c) sự tiến hóa của điện áp của pin. (phóng đại C/9)

图片5
Hình 5 phân phối của nồng độ lithium trong delithation đầu tiên của graphite, (a) phân phối của lithium nồng độ tại thời điểm tính phí khác nhau và sự tiến hóa (b) điện áp của pin (phóng đại C/9)

Các mô hình chùm neutron của con số 4 và 5 cho phép phân tích định lượng của lithium ion nồng độ. Trong quá trình xả/phí, mặc dù phóng đại là nhỏ (C/9), ta vẫn có thể quan sát sự phân bố không đồng đều của lithium gần các nhà sưu tập hiện tại và hai bên của dấu phân cách. Phân tích định lượng của sự khác biệt này được thể hiện trong hình 6. Nồng độ lithium mặt phân cách là cao hơn ở phía bên nhà sưu tập, và như số lượng liti nhuận gia tăng, làm tăng sự khác biệt.

图片6
Hình 6. Sự khác biệt trong nồng độ lithium nhúng vào bên cơ hoành và collector của mảnh cực trong quá trình xả

Ngoài ra, các tác giả chú ý đến nồng độ lithium ion, còn lại trong đoạn cực sau khi các điện cực liti mùa với lithium, như minh hoạ trong hình 7, phần này của lithium gây ra tổn thất công suất và khả năng không thể đảo ngược. Trong chu kỳ xả/phí bốn của điện cực graphite, lượng liti còn lại trong các điện cực than chì là như minh hoạ trong hình 8. Sự mất mát không thể đảo ngược lithium chủ yếu xảy ra ở chu kỳ đầu tiên, và trong các chu kỳ tiếp theo, số lượng dư lithium hầu như không thay đổi.
图片7


Hình 7 chu kỳ đầu tiên 4 xả công suất và khả năng dư lithium

Với sự phát triển của công nghệ thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển trực tuyến detection-công nghệ để nghiên cứu cơ chế pin lithium-ion. Ngoài việc phát hiện trực tuyến của neutron dầm, có rất nhiều công nghệ như phát hiện trực tuyến phổ Raman và tia x phát hiện trực tuyến.

 

Related Products