matériau d'anode de prolapsus pendant la charge et la décharge, ou des ions lithium, la distribution de la concentration en lithium est directement liée à l'état de charge de la matière, la contrainte et la déformation étroitement liée à la dilatation ou la contraction du volume du matériau de l'électrode. Dans une feuille d'électrode de batterie au lithium-ion Si vous connaissez la distribution du lithium, vous pouvez obtenir beaucoup d'informations sur les réactions des électrodes, comprendre le processus de charge et de décharge et expliquer le mécanisme de défaillance de la batterie.
Comment fonctionnent les batteries au lithium-ion:
(1) de chargement: Li deintercalated à partir du matériau de cathode (par exemple, la matière LiCoO2), qui est intégré dans l'anode à travers le matériau d'électrolyte (par exemple un matériau de graphite), tandis qu'un nombre égal d'électrons dans le trajet d'évacuation inverse entrant dans le matériau d'anode.
(2) La décharge: matériau Li + de l'anode (électrode négative) désintercaler, un matériau de cathode intégré à travers l'électrolyte (électrode positive), tandis qu'un nombre égal d'électrons circulent à partir du matériau d'anode, le collecteur de courant anodique, et l'électrode positive du circuit extérieur à travers le collecteur Entrer dans le matériau de cathode, de sorte que les électrodes positive et négative subissent respectivement des réactions d'oxydation et de réduction.
La différence entre le processus de charge et de décharge est: Lors de la charge, les électrons ne peuvent pas se déplacer spontanément sur le circuit externe, et l'énergie doit être appliquée pour effectuer le travail.
Simulation électrochimique pour prédire la distribution de la concentration en lithium
Electrochemical batterie au lithium-ion pseudo 2D (P2D) modèle théorique est basé sur une électrode poreuse et une théorie solution concentrée établie, comme représenté sur la. Figure 1, le processus d'examen des réactions chimiques réelles à l'intérieur de la batterie, le procédé comprenant la diffusion en phase solide, la diffusion de liquide et la migration et le processus de transfert de charge, le procédé de potentiel d'équilibre liquide-solide. équation de Butler-Volmer en utilisant la réaction électrochimique décrite et est noyée dans chaque surface de l'électrode supérieure et extraire procédure de lithium, en utilisant une deuxième diffusion de la loi de Fick décrit les ions lithium interne dans les particules procédé diffusion. décrire plusieurs conditions aux limites du procédé de réaction de la PDE et du modèle de composition, pour obtenir les caractéristiques de charge-décharge des batteries du profil extérieur du réacteur en un temps de calcul très bref, tout en continuant à l'intérieur du processus de réaction pour obtenir des électrodes positives et négatives La distribution de concentration en phase solide et la distribution de potentiel en phase solide du matériau, ainsi que la distribution de concentration en phase liquide et la distribution de potentiel en phase solide de l'électrolyte, présentent les avantages de la précision, de l'exhaustivité et du mécanisme.
Fig.1 Modèle électrochimique pseudo-bidimensionnel (P2D) de la batterie lithium-ion
Le pseudo-modèle à deux dimensions lorsqu'elle est étendue, le modèle géométrique tridimensionnel de la structure, la distribution peut être calculée dans un matériau d'électrode de lithium dans le détail, comme représenté, l'électrode d'oxyde de cobalt et de lithium dans un état différent de charge SOC du profil de concentration de lithium 2, qui peut être Voir l'inégalité locale de la distribution de lithium.
Figure 2 Résultats de la simulation de la distribution de la concentration en lithium de l'électrode de cobaltate de lithium
Détection en ligne par diffraction des neutrons de la distribution de la concentration en lithium
Prédiction de la distribution de concentration électrochimique lithium peut être décrit de nombreux problèmes, mais cela est faux, après toutes les mesures, en supposant un processus d'électrode de batterie au lithium-ion idéal. Diffraction des neutrons, et en utilisant un matériau différent pour le rayonnement de neutrons différents taux de protection, des techniques d'analyse de matériaux. non pertinent rayonnement neutronique pouvoir de pénétration, et la longueur de diffusion atomique Z, et il est également sensible aux atomes de lumière et, par conséquent, le matériau de batterie à ions lithium de neutrons des atomes de lithium et nickel cobalt-manganèse sont très sensibles à l'atome de métal de transition, on peut sans casser la distribution interne de la batterie au lithium-ion de la batterie au lithium-ion selon le principe d'une configuration d'une analyse de lithium in situ.
Owejan, qui a utilisé l'appareil représenté sur la Fig. 3, les feuilles assemblées en une anode en graphite et un sel de lithium de demi-cellules, un processus de détection de ligne de transmission radiographique neutronique et la distribution du lithium dans la feuille d'électrode de graphite. Faisceaux de neutrons pénètre dans le matériau d'emballage est du PTFE, batterie pièce polaire d'imagerie en coupe transversale, la détection directe de la distribution de l'électrode de lithium en coupe transversale, une des pièces polaires revêtue côté, largeur 5 mm, longueur 15 mm de la surface de détection représentée sur la figure 4a. ils ont ensuite par l'analyse théorique, la l'intensité du spectre de la concentration en lithium sous établir des liaisons directes, de sorte que des mesures quantitatives peuvent être directement sur la pièce polaire profil en coupe transversale de la concentration en lithium.
La figure 3 est un dispositif de construction de batterie au lithium pour la détection en ligne de neutrons à haute résolution
La figure 4 est une feuille d'électrode de graphite dans le premier processus de décharge, la distribution de la feuille d'électrode d'intercalation du lithium.. La figure 4a est une vue schématique d'une pièce polaire et la surface de l'échantillon est détectée,. La figure 4b est une distribution de concentration de lithium dans un motif correspondant à la différence de temps de décharge, la Fig. 4c est le potentiel correspondant à l'évolution dans le temps de la batterie. concentration en lithium et la distribution du potentiel d'électrode et de bonnes électrodes de correspondance vers le haut. de même, la Fig. 5 est une concentration feuille d'électrode en graphite de lithium au cours de la première distribution de charges de lithium Et le potentiel au moment correspondant.
La figure 4 Graphite première électrode de décharge incorporée processus de distribution de la concentration en lithium de lithium en coupe, (A) une vue schématique d'un photographique, (b) la distribution de lithium différents temps de décharge, la tension (c) l'évolution de la batterie. (Rapport C / 9)
La figure 5, la première charge de graphite distribution de concentration de lithium délithiation, l'évolution de la tension (a) charger une distribution de concentration en lithium des moments différents et (b) une batterie (grossissement C / 9)
Pendant le processus de décharge / charge, bien que le grossissement soit faible (C / 9), il est toujours possible d'observer que la pièce polaire est proche du collecteur de courant et proche des côtés du diaphragme. la répartition inégale des augmentations de lithium, l'analyse quantitative de différence représenté sur la Fig. 6, le côté proche de la concentration en lithium de la membrane supérieure à celle du côté du collecteur de courant, et avec la différence de lithium accrue.
Figure 6. Différence de concentration de lithium incorporée dans le diaphragme et le collecteur de la pièce polaire lors de la décharge
En outre, l'électrode en graphite de lithium concerné puis au bout de lithium d'insertion qui reste dans les pièces polaires de la concentration en ions de lithium représenté sur la figure 7, cette partie du lithium a entraîné une perte de la capacité, la capacité irréversible. Quatre électrodes de graphite avant la décharge / charge cycle, la quantité restante de lithium dans l'électrode de graphite 8, la perte irréversible de lithium se produit principalement dans le premier cycle, suivie par plusieurs cycles, presque pas de changement dans la quantité de lithium restant.
Figure 7 Les 4 premiers cycles de capacité de décharge et la capacité résiduelle en lithium
Avec le développement des techniques expérimentales, les chercheurs continuent de développer des techniques de détection de ligne, le mécanisme d'une recherche sur les batteries au lithium-ion. En plus de la détection de la ligne de faisceau de neutrons et de détection de ligne Raman, les rayons X et d'autres techniques de test en ligne.
