materiale anodico prolasso durante la carica e scarica, o ioni di litio, la distribuzione di concentrazione di litio è direttamente correlata allo stato di carica del materiale, la sollecitazione e deformazione strettamente correlata alla espansione del volume o la contrazione del materiale dell'elettrodo. In un foglio elettrodo batteria agli ioni di litio Se si conosce la distribuzione del litio, è possibile ottenere molte informazioni sulla reazione degli elettrodi, comprendere il processo di carica e scarica e spiegare il meccanismo di guasto della batteria.
Come funzionano le batterie agli ioni di litio:
(1) Carico: Li deintercalated dal materiale catodico (ad esempio, materiale LiCoO2), incorporato nel anodo attraverso il materiale elettrolitico (ad esempio materiale grafite), mentre un numero uguale di elettroni nel percorso di scarico inverso inserendo il materiale anodico.
(2) di scarico: Li + materiale anodo (elettrodo negativo) deintercalating, incorporato materiale catodico attraverso l'elettrolita (elettrodo positivo), mentre un numero pari di elettroni flusso dal materiale anodico, l'anodo collettore di corrente, e l'elettrodo positivo del circuito esterno attraverso il collettore Inserimento del materiale catodico, in modo che gli elettrodi positivi e negativi subiscano rispettivamente reazioni di ossidazione e riduzione.
La differenza tra il processo di carica e scarica è: quando si carica, gli elettroni non possono muoversi spontaneamente sul circuito esterno e la potenza deve essere applicata per eseguire il lavoro.
Simulazione elettrochimica per la previsione della distribuzione della concentrazione di litio
Elettrochimica pseudo batteria agli ioni di litio 2D (P2D) modello teorico è basato su un elettrodo poroso e una teoria soluzione concentrata stabilito, come mostrato in Fig. 1, il processo di considerare le reazioni chimiche reali all'interno della batteria, il processo comprendendo diffusione fase solida, diffusione liquido e migrazione e processo di trasferimento di carica, il processo di potenziale di equilibrio solido-liquido. equazione di Butler-Volmer usando la reazione elettrochimica descritto ed è incorporato in ciascuna superficie dell'elettrodo superiore ed estrarre procedura litio, usando una seconda diffusione legge di Fick descrive gli ioni di litio interne nelle particelle diffusione processo. descritti numerosi processi di reazione e modello composizione condizioni al contorno PDE, per ottenere le caratteristiche di carica-scarica delle batterie del profilo esterno del reattore in un brevissimo tempo di calcolo, mentre più all'interno del processo di reazione per ottenere elettrodi positivi e negativi La distribuzione della concentrazione in fase solida e la distribuzione del potenziale in fase solida del materiale, così come la distribuzione della concentrazione in fase liquida e la distribuzione del potenziale in fase solida dell'elettrolito, presentano i vantaggi dell'accuratezza, della completezza e del meccanismo.
Fig.1 Modello pseudo bidimensionale elettrochimico (P2D) della batteria agli ioni di litio
Lo pseudo modello bidimensionale quando esteso, tridimensionale modello geometrico della struttura, la distribuzione può essere calcolato in un materiale di elettrodo di litio in dettaglio, come mostrato, elettrodo ossido di litio cobalto in un diverso stato di carica SOC del profilo di concentrazione di litio 2, che può essere Vedere le irregolarità locali della distribuzione del litio.
Figura 2 Risultati della simulazione della distribuzione della concentrazione di litio dell'elettrodo di cobalto di litio
Rilevamento neutronico di neutroni sulla distribuzione della concentrazione di litio
Previsione della distribuzione concentrazione elettrochimicamente litio può essere descritto molti problemi, ma questo non è vero dopo tutte le misurazioni, assumendo un processo ideale elettrodo batteria a ioni di litio. Diffrazione di neutroni e utilizzando un materiale differente per radiazione neutronica differente tasso schermatura, tecniche di analisi materiale. radiazione neutronica irrilevante potere penetrante e atomico lunghezza di diffusione Z, ed è anche sensibile agli atomi di luce, e quindi, i neutroni litio atomi ione materiale batteria al litio e nichel manganese cobalto sono molto sensibili all'atomo di metallo di transizione, possiamo senza rompere la distribuzione interna della batteria agli ioni di litio della batteria agli ioni di litio con la premessa di una configurazione di un'analisi litio in situ.
Owejan, che utilizza l'apparecchiatura mostrata in Fig. 3, i fogli assemblati in un anodo di grafite e litio mezza cellule, radiografia a neutroni processo di rilevamento linea di trasmissione e la distribuzione di litio nel foglio elettrodi di grafite. Fascio Neutron penetra il materiale di confezionamento è PTFE, batteria espansione polare di imaging in sezione trasversale, il rilevamento diretto della distribuzione della sezione trasversale dell'elettrodo di litio, un lato rivestito espansioni polari, larghezza 5 mm, 15 mm lunghezza della superficie di rilevazione illustrato nella figura 4a. hanno poi attraverso analisi teorica, la L'intensità del sub-spettro è direttamente correlata alla concentrazione di litio, che può misurare direttamente la quantità di concentrazione di litio sulla sezione trasversale dell'elemento polare.
La Figura 3 è un dispositivo per la costruzione di batterie al litio per il rilevamento online di neutroni ad alta risoluzione
La figura 4 è una lastra di elettrodo di grafite nel primo processo di scarica, la distribuzione dello strato dell'elettrodo litio intercalazione. Fig. 4a è una vista schematica di una espansione polare e la superficie del campione viene rilevata, Fig. 4b è una distribuzione di concentrazione di litio in una configurazione corrispondente alla diversa tempo di scarica, FIG. 4c è il potenziale corrispondente alla evoluzione temporale della. concentrazione batteria al litio e l'elettrodo potenziale distribuzione e buone elettrodi corrispondenza fino. Analogamente, la fig. 5 è una concentrazione foglio litio elettrodo di grafite durante la prima distribuzione di cariche dal litio E il potenziale nel momento corrispondente.
La figura 4 grafite primo elettrodo di scarica incorporato processo di distribuzione di concentrazione di litio litio sezione (A) una vista schematica di una fotografia, (b) la distribuzione di litio tempo di scarica differente, la tensione (c) l'evoluzione della batteria. (Rapporto C / 9)
La figura 5 la prima carica di grafite litio Delithiation distribuzione di concentrazione, l'evoluzione della tensione (a) carica di una distribuzione di concentrazione di litio dei vari momenti e (b) una batteria (ingrandimento C / 9)
Neutron beam pattern di Fig. 4 e Fig. 5, la concentrazione di ioni di litio può essere analizzato quantitativamente. Nel processo di scarica / carica, anche se piccolo rapporto (C / 9), ma ancora può essere osservata vicino alle espansioni polari su entrambi i lati in prossimità del collettore di corrente ed il separatore la distribuzione non uniforme degli aumenti di litio, questa analisi quantitativa differenza mostrato in fig. 6, il lato vicino alla concentrazione di litio diaframma alto rispetto al lato collettore di corrente, e con la differenza di litio aumentata.
Figura 6. Differenza nella concentrazione di litio incorporata nel diaframma e nel lato del collettore del polo durante la scarica
Inoltre, l'elettrodo di grafite di litio interessato poi dopo inserto litio rimanendo nelle espansioni polari della concentrazione di ioni di litio mostrato in Figura 7, questa parte del litio causato una perdita di capacità, capacità irreversibile. Elettrodo Four grafite prima della scarica / carica ciclo, la quantità rimanente di litio nella grafite elettrodo 8, la perdita irreversibile di litio avviene principalmente nel primo ciclo, seguita da diversi cicli, quasi nessun cambiamento nella quantità di litio rimanente.
Figura 7 I primi 4 cicli di capacità di scarica e la capacità residua di litio
Con lo sviluppo di tecniche sperimentali, i ricercatori continuano a sviluppare tecniche di rilevamento linea, il meccanismo di una ricerca batteria agli ioni di litio. In aggiunta alla linea rilevazione fascio di neutroni, e rilevando linea Raman, raggi X, e altre tecniche di collaudo in linea.
