گریفائٹ کی بنیاد پر منفی الیکٹروڈ 372mAh / جی، انڈسٹری کے بعد، بہت بیٹری کی صلاحیت میں اضافہ کرے گا جس کے مقابلے میں زیادہ سے زیادہ 10 گنا زیادہ مستقبل میں ایک منفی الیکٹروڈ مواد، 4200mAh / جی کے بارے میں کے جی نظریاتی صلاحیت، اسی سلیکن، تاہم اب سلکان مواد کے اہم مسائل: 1، چارج اور نروہن، 300٪ -400٪ کی مقدار کی توسیع جب؛ وجہ لتیم ساتھ alloying کے بعد کی صلاحیت اور غریب زندگی سائیکل کی کم اصل نقصان کو 2، ناقابل واپسی اعلی صلاحیت اور coulombic کارکردگی، سلکان کرسٹل حجم پایا جاتا ہے. اہم تبدیلی، حجم اثر اتنی آسانی powdering سلکان anode کے مواد کی وجہ سے، اور. جمعاکار سے کھلی سلکان کے حجم کے بعد سے اور بار بار کی وجہ سے ہونے flaking کے اثر تباہی اور ایسئآئ کی تعمیر نو کی وجہ سے، اس طرح لتیم آئنوں میں اضافہ کھپت، بالآخر اس سے اوپر کی اصلاح کا مسئلہ حل کرنے سلکا دوآن، ایک سلکان کاربن کوٹنگ، ڈوپنگ، adhesives اور دیگر ذرائع کے ذریعے نینو فی الحال جا رہا ہے بیٹری کی صلاحیت پر اثر انداز.
الیکٹروڈ مائع الیکٹرولائٹ، ایک باندنے کی مشین اور ایک conductive کی additive، اور ایک موجودہ کلکٹر کے pores میں بھرا الیکٹروڈ مواد کی ایک فعال بڑے پیمانے پر مشتمل، الیکٹروڈ یا ایک بیٹری کی کل بڑے پیمانے پر کنٹرول کرنے کے لئے ضروری ہے، بیٹری کی توانائی کی کثافت میں اضافہ کرنے کے نقطہ نظر کی ایک انجینئرنگ کے نقطہ، سے. اس طرح، الیکٹروڈ کی توانائی کی کثافت فعال مواد اور غیر محفوظ الیکٹروڈ عام تکنیکی نقطہ نظر کی توانائی کی کثافت میں اضافہ کرنے کے لئے ملازم غیر فعال مواد کی بڑے پیمانے پر تناسب پر انحصار کر رہے ہیں: الیکٹروڈ (فعال مواد / موجودہ جمعاکار تناسب) کی موٹائی میں اضافہ اور porosity کو کم (الیکٹرولائٹ / سرگرمی مواد تناسب) تاہم، کی وجہ الیکٹروڈ اندر لتیم آئن نقل و حمل کی حدود، اور الیکٹروڈ کی موٹائی میں اضافہ سیل طاقت کثافت کی کمی کی porosity سے کم ہو جائے گا. اس کے علاوہ، گریفائٹ anode کے اختلاط تناسب جامع الیکٹروڈ اور اوسط حجم توسیع کی صلاحیت، متاثر کر سکتا ہے. اس طرح ان ڈیزائن پیرامیٹرز کی اصلاح کے اعلی توانائی زیادہ طاقت لیتھیم آئن بیٹریاں کی ترقی کی کلید ہیں.
Heubner ET اللہ تعالی سلکان غیر محفوظ الیکٹروڈ کی زیادہ سے زیادہ ڈیزائن کے معیار کا تعین کرنے، مواد کی مقدار کی توسیع کی سلکان اور گریفائٹ اختلاط تناسب پر غور کریں. وہ 'نظر ثانی کی دہلیز قدر' کی وضاحت الیکٹروڈ کے سلکان منفی الیکٹروڈ حجم توسیع اصلا pores کے بعد سے بھرا ہوا ہے اور ہو گا کم کر porosity کے، الیکٹروڈ کے ذرات کے ساتھ رابطے سے بچنے کے لئے چارج کرنے کے عمل میں شدید کشیدگی اور اخترتی، اور porosity میں تیزی سے کمی کی پیداوار، ایک کم از کم کرنے کے لئے الیکٹروڈ کی ایک ابتدائی porosity کے نہیں ہے. الیکٹروڈ ڈیزائن، porosity کے علاوہ اس قیمت سے زیادہ ہونا چاہیے جب.، یہ بھی یقینی بنانے کے لئے پھیلاؤ محدود موجودہ تناسب کافی حد تک کم صلاحیت سے بچنے کے لئے تیزی سے دوبارہ چارج کرنے سلکان منفی الیکٹروڈ کی کارکردگی کے پیرامیٹرز کی ان ڈیزائن کے معیار کے اثرات کا تجزیہ کرنے کی ضرورت موجودہ سے کم نہیں ہے کے لئے 'موجودہ دہلیز شرح'، کی وضاحت کرتا ہے، اور الیکٹرروڈ توانائی کی کثافت اور طاقت کثافت یقینی بنانے کے لئے الیکٹروڈ ڈیزائن پیرامیٹرز کو بہتر بنانے کے لئے معیاری تعلقات کا تجزیہ استعمال کریں.
1، porosity
پورٹیبل اور ایپسسن؛ لتیم آئن بیٹری الیکٹروڈ کی 0 مساوات کی طرف سے اظہار کیا جا سکتا ہے (1):
(1)
وی ٹھوس مرحلے کے اتحادیوں میں سے ہر ایک الیکٹروڈ کے حجم، سلکان (SI)، گریفائٹ (C)، باندنے کی مشین (B) اور ایک conductive ایجنٹ (A) بشمول ہے V الیکٹروڈ کی کوٹنگ کی مقدار لازمی ہے مانا ہے کہ SOC = 0 اور SOC = 1 کے متعلقہ ٹھوس مرحلے کے اتحادیوں کا حجم کی تبدیلی کے درمیان لکیری ہے، توسیع مرحلے کا حجم ہے نی اوقات ابتدائی قیمت، (سلکان، گریفائٹ، conductive کی ایجنٹ اور باندنے کی مشین کے حجم توسیع پیشگی = 3 ہیں، NC = 0.1، این اے = 0، NB = 0)، توسیع کے وقت الیکٹروڈ porosity کے & ایپسیلون غور، یہ مختلف ریاست SOC کا حجم؛ فارمولا کے (SOC) (2):
(2)
بیٹری کی بیرونی کیس میں محدود کر دیتی ہے کہ بیٹری کی مجموعی توسیع محدود این ایس اوقات (مثلا، 10٪)، ہر PI کی ٹھوس مرحلے (سلکان، گریفائٹ، ایک conductive ایجنٹ، ایک باندنے کی مشین کے حقیقی کثافت اور ایک الیکٹرولائٹ کی کثافت ہے فرض کیا ہے ρSi = 2336، ρC = 2200، ρA = 2200، ρB = 1800، ρCC = 8920، ρel = 1500) اور بڑے پیمانے پر فی صد ωi میں فارمولا دینے کے لئے (3):
(3)
مساوات کے مطابق (3)، الیکٹروڈ، مختلف ابتدائی porosity کے lithiation، الیکٹروڈ کی porosity اور SOC پیکر 1A میں دکھائے گئے کے درمیان تعلقات، پیکر 1B یوجنابدق ساخت تبدیلی ماکرعثتروکری پر اسی (سنبھالنے الیکٹروڈ کی مجموعی توسیع NS = تک محدود ہے یہ ہے 10٪)، porosity کے نمایاں طور پر کم ہے SOC میں اضافہ کے طور پر. 20 40٪ (porosity کے مخصوص کمرشل گریفائٹ الیکٹروڈ کی حد) میں ابتدائی porosity کے، سلکان الیکٹروڈ کی porosity سے تیزی کم ہے جب چارج صفر. اس طرح کے عمل کی صلاحیت کشی. ابتدائی درمیانے porosity کے (50-70٪) کی صورت میں، porosity کے کمی کم واضح ہے، تا کہ ہے pulverized سلکان، الیکٹریکل رابطے کی ناکامی، وغیرہ کی وجہ سے، میکانی کشیدگی بڑی اندرونی الیکٹروڈ سبب بن سکتا ہے تاہم، اگر آپ SOC = 1 کو برقرار رکھنے کے لئے چاہتے ہیں تو، الیکٹروڈ پورٹیبل 0 پر گر نہیں آتی ہے، ابتدائی پورٹیبل 80 فیصد سے زیادہ ہونے کی ضرورت ہے.
تصویر 1 (ا) مختلف ابتدائی porosities میں لتری کے دوران porosity کے ارتقاء؛ (ب) مختلف ابتدائی porosities میں الیکٹروڈ پورٹیبل کا ارتقاء
انجیر 2A ایک lithiated ریاست میں ایک SOC مختلف سلکان مواد الیکٹروڈ = سلسلے porosity کے ابتدائی porosity کے ہے، سلکان مواد میں اضافہ کرسکتے الیکٹروڈ کی قیادت کریں گے زیادہ گھنے، خالص گریفائٹ الیکٹروڈ، گریفائٹ حجم 10 فیصد کی توسیع ہے، الیکٹروڈ تو porosity کے 10 فیصد کے حجم تبدیلی کی وضاحت lithiation بعد تبدیل نہیں ہوتا. انجیر. 2B حجم الیکٹروڈ مختلف اقدار (0٪، 10٪، 20٪) کی وضاحت میں ایک مجموعی تبدیلی اگلے تین مختلف سلکان الیکٹروڈ lithiated ریاست = 1 کے مواد کے SOC ہے کم porosity اور ابتدائی porosity کے درمیان تعلقات، الیکٹروڈ کی کل حجم تبدیلی کی حد، لتائی کے بعد الیکٹروڈ کی پورٹیبل چھوٹے.
SOC تصویر 2 (الف) مختلف سی مندرجات الیکٹروڈ = ایک lithiated ریاست میں ابتدائی porosity کے کی porosity کے درمیان تعلقات کے ساتھ؛ کے تحت (ب) مجموعی حجم تبدیلی حد قیمت سے مختلف ہے (این ایس) الیکٹروڈ = تاکنا ایک lithiated ریاست SOC شرح اور ابتدائی porosity کے درمیان تعلقات
2، الیکٹرولی لی تقسیم
Lithiation، لتیم آئنوں الیکٹرولائٹ، الیکٹروڈ کمی کے pores میں الیکٹرولائٹ میں لتیم ارتکاز سے فعال مواد میں ڈالا جاتا ہے. ایک حراستی میلان منفی الیکٹروڈ میں لتیم کی بازی کے نتیجے میں، پورے قطب ٹکڑے پر قائم ہے. الیکٹرولائٹ میں لتیم ارتکاز صفر کے قطرے تو ، لتیم اندراج رد عمل. اس طرح، نام نہاد بازی موجودہ jlim کی حد تک زیادہ سے زیادہ موجودہ اپ فارمولے (4)، porosity کے متعلق مؤثر بازی گتانک کے طور پر اظہار کیا جا سکتا ہے.
(4)
نمبر 3 مختلف porosities پر مسلسل موجودہ چارج کے دوران الیکٹرویلی لتیم حراستی کے نقصان کی تقسیم کے نظاماتی آریہ
انجیر 3، یوجنابدق porosity کے، ابتدائی قیمت کو الیکٹرولائٹ قریب میں الیکٹروڈ کافی لتیم ارتکاز میں (ایک) بڑے porosity کے تحت نقل و حمل لتیم. (ب) چارج porosity کے کم کر مختلف مسلسل موجودہ اوپر ایک لتیم الیکٹرولائٹ حراستی تقسیم ہے الیکٹرولائٹ کی لیتھیم آئن حراستی میں کمی واقع ہوئی ہے جب حراستی میلان قائم ہے. (ج) porosity کے جاری کیا گیا تھا کم کرنے، کو 0. (د) قریب ایک بہت ہی کم porosity کے الیکٹروڈ اندر لتیم ارتکاز، الیکٹروڈ بھر میں لتیم ارتکاز تیزی صفر کم کیا جاتا ہے .
شناخت 4 مختلف ابتدائی porosities میں lithiation کے دوران مختلف محدود موجودہ شرح کی ارتقاء
انجیر 4 ایک مختلف ابتدائی porosity کے، SOC طور lithiation میں اضافہ، شرح کارکردگی ہراس بازی ارتقاء کی حد موجودہ شرح مثال کے طور پر ایک ابتدائی porosity کے & Epsilon میں ہے؛ .. میں 0 = 80٪، SOC = 0 الیکٹروڈ ڈگری محدود زیادہ سے زیادہ موجودہ 9.6 سی ہے، اور SOC = 1 تقریبا 0.85 سی ہے.
تصویر 5 (ا) مختلف الیکٹروڈ موٹائیوں کے تحت محدود محدود اضافہ اور ابتدائی porosity اور (ب) مختلف سلکان مواد
انجیر 5 بعض ابتدائی porosity کے میں مختلف موٹائی اور بازی ابتدائی porosity کے شرح کارکردگی کے اضافہ کے ساتھ تعلق کے ابتدائی porosity کے کے اضافہ سلکان مواد کو محدود کرنے کے ساتھ مختلف الیکٹروڈ میں موجودہ اضافہ کرنا ہے.، بازی محدود موٹائی کے ساتھ الیکٹروڈ بازی الیکٹروڈ کی طرف سے کم خاص طور پر موٹی یا خاص طور پر چھوٹے pores کو عام طور پر زیادہ سے زیادہ چارج خارج ہونے والے مادہ کی شرح SOC = تیزی سے کمی کے 1 محدود. مزید برآں، گریفائٹ جامع مواد کے اضافہ نمایاں طور پر الیکٹروڈ اضافہ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے کر سکتے ہیں.
اختتام: سلکان anode کے اثر کی بہت زیادہ مقدار کی توسیع پر غور، توسیع کے عمل، ذرات کے درمیان کشیدگی میں اضافہ اس طرح پاؤڈر کے نتیجے میں، الیکٹروڈ کی porosity سے کم کر دیتا ہے، ایک منفی الیکٹروڈ کے لئے سلکان کاربن، بیٹری قطب ٹکڑے ٹکڑے گریفائٹ anode کے مقابلے میں ڈیزائن کیا جانا چاہئے. بڑی porosity کے نظریاتی طور پر، حساب کی زیادہ سے زیادہ صلاحیت کے مقابلے میں مختلف سلکان مواد کی موجودگی کے مطابق، حجم اور بڑے پیمانے پر مخصوص صلاحیت پر غور کر اس معاملے میں الیکٹروڈ کی موٹائی اور porosity بہتر ہے جس ٹیبل 1. میں دکھائے گئے (تجزیہ: mikowoo).
الیکٹروڈ کی زیادہ سے زیادہ ممکن صلاحیت سے جدول 1 مختلف سلکان کاربن منفی الیکٹروڈ سلکان مواد اور اس کے اسی کی زیادہ سے زیادہ موٹائی اور porosity
