Изображение со справки 1
Положительные и отрицательные активные материалы литиево-ионных батарей являются зернистыми, поэтому внутри электродов литиево-ионных батарей имеется много крошечных изогнутых каналов. Во время зарядки и разрядки литиевые ионы отделяются от электродов с одной стороны и распространяются на электроды с другой стороны , Рассеянный от этих извилистых каналов до внутренней поверхности электрода, а затем реагирующий с частицами активного материала и внедренный в частицы активного материала, привел к поляризации концентрации из-за ограничения скорости диффузии Li + во время зарядки и разрядки, Интеркаляция лития во всем процессе распределения неравномерна, особенно для положительного электрода из-за плохой проводимости материала катода, легче сделать часть плохого контакта с неравномерным явлением интеркаляции лития, что приведет к появлению положительных частиц локального SoC отличается, поэтому в частице будет большее напряжение, что приведет к дроблению частиц, потере части активного материала с проводящим сетевым соединением, растворению переходного металла и окислению электролита и другим проблемам, что приведет к необратимому снижению емкости аккумулятора ,
В общем, чтобы уменьшить дисбаланс интеркаляции лития в активном материале, люди будут пытаться продлить время работы батареи после зарядки, надеясь устранить локальную несоответствие SoC через внутренний баланс электродов, Тем не менее, исследование Уильяма Э. Гента показало, что неоднородность Li в вторичной части NMC с диаметром от 1 до 3 мкм достигла 10% даже после выдерживания в течение 170 часов, а местное значение SoC было слишком высоким , Приведет к перезарядке в этом месте, ускоряя отказ этой части, так что емкость материала уменьшится. Кроме того, старение батареи также будет иметь большое влияние на распределение Li в литий-ионной батарее. Исследования MJ Mühlbauer показывают, что с батареей Из-за старения не только внутренние активные аккумуляторы Li продолжают уменьшаться, но также приводит к тому, что распределение Li в литий-ионной батарее также приводит к большой неоднородности в электроде у уха Li-части большей концентрации, вдали от полюса Более низкая концентрация Li в месте расположения уха может быть вызвана неравномерным распределением тока и недостаточной инфильтрацией электролита.
Из приведенного выше исследования легко убедиться, что распад Li-ионной батареи должен сопровождаться неравномерным распределением Li. Для изучения распределения Li в Li-ионной батарее было разработано много методов, наиболее простым является Батарея разобрана и визуально обнаружена, есть ли на полюсном элементе частичный литий. EDS используется для анализа распределения элемента Li на полюсном элементе. Немного сложной задачей является использование метода нейтронной дифракции для проведения неразрушающего контроля на литий-ионной батарее и анализа Li В Li-ion батарее, в то время как Shuyu Fang и др. Из Университета Висконсина был разработан метод наблюдения дисбаланса интеркаляции лития в электронах с литиево-ионным аккумулятором с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния.
Для соответствия оптическим условиям, необходимым для измерения спектроскопии комбинационного рассеяния, Shuyu Fang и др. Использовали ячейку монеты 2032 SS для создания ячейки, способной к детектированию рамановской спектроскопии. Крышка кнопочной ячейки была открыта с 1/8 " Он был покрыт MgO и герметизирован эпоксидной смолой. Слой толщиной 300 нм Al был нанесен на окно MgO в виде положительного коллектора тока электронным пучком (Al не осаждался в центре окна MgO на 2 мм) Этот слой покрыт материалом слоя NMC532 Al, количество покрытия 12-18 мг / см2, структура батареи, как показано ниже
Изображение со ссылкой 4
Электрохимические характеристики теста батареи, как показано ниже, из результатов, изменение электрохимических характеристик модифицированной кнопочной ячейки и электрохимических характеристик элементарных ячеек не имеют существенной разницы.
При вставке или эксфолиации Li колебание связи МО будет изменено, поэтому интенсивность и частота спектроскопии комбинационного рассеяния будут меняться со степенью интеркаляции лития материала NMC. Shuyu Fang Измерялся спектр человека, результаты измерений, как показано ниже.
Согласно спектрам Рамана, Шую Фанг проанализировал состояние интеркаляции (SoC) электрода NMC в области 35'35 мкм. Чтобы проанализировать интеркалированное состояние частиц NMC, Shuyu Fang главным образом фокусировался на пике A1g около 595 см, Когда напряжение материала NMC увеличивается с 2,3 до 4,2 В, интенсивность пика A1g постепенно уменьшается. Когда потенциал материала NMC снова падает до 3,16 В, интенсивность пика A1g снова возрастает. Следовательно, NMC-частиц в литиевом состоянии. Следующий рисунок основан на диаграмме распределения интенсивности максимума A1g из рисунка, мы видим, что с изменением потенциала NMC в поле зрения трех частиц 1 #, 2 # и 3 # встроенных Литиевое состояние также изменилось с помощью ячейки материала NMC, снова сброшенной до 3,16 В, 1 # и 2 # частиц вложенного литиевого состояния были восстановлены, но 3 # частицы вложенного литиевого состояния не вернулись в исходное состояние, что указывает на то, что Частицы Li Part 3 не возвращались внутрь частиц, что также является признаком деградации материала.
Поскольку на интенсивность пика комбинационного рассеяния влияют такие факторы, как морфология и положение частиц, приведенные выше простые данные интенсивности интенсивности A1g не могут точно отражать состояние интеркаляции лития частиц, для которых Shuyu Fang соответствовал вышеуказанным данным , Согласованный и рассчитанный для получения более точного локального SoC-анализа материала NMC, как показано на рисунке ниже. Результаты показывают, что существует большая неоднородность в повторной интеркаляции лития, например, для частиц № 1 при 3,88 В , Пик A1g в большинстве частиц составляет около 540 см, но верхняя область составляет около 590 см, что указывает на задержку вливания лития в этой части области. Отслеживание частиц 1 и 3 показывает, что когда 3 # Частицы достигли 3,84 В, частицы 1 # достигли 4,01 В, разность потенциалов 0,2 В показывает, что интеркаляция лития в процессе имеет большое неравномерность между частицами, и эта неравномерность, вероятно, приведет к Поглощение локальных частиц или «превышение» приводит к разрушению.
Исследование Shuyu Fang показывает, что литиевая дисбалансная литиевая ионная аккумуляторная пластина не только имеет место в макромасштабе, также имеет место в микроскопическом масштабе, различные части частиц активного материала и различные частицы активного материала больше Из встроенной неоднородности лития эта неоднородность приведет к частичному переразрядению частиц, что приведет к необратимой потере емкости батареи.