충 방전, 리튬 이온 중 탈출증 음극 재료는 리튬의 농도 분포를 직접 소재 밀접 전극 재료의 부피 팽창 또는 수축과 관련된 응력과 변형률의 충전 상태와 관련되어있다. 리튬 이온 전지의 전극 시트 리튬 분포를 알면 많은 전극 반응 정보를 얻을 수 있고 충전 및 방전 과정을 이해하고 배터리 고장 메커니즘을 설명 할 수 있습니다.
리튬 이온 배터리 작동 방식 :
(1) 충전 : 리튬 전해질 물질 (예를 들면, 흑연 재료)을 통하여 애노드에 포함 된 양극 활물질 (예, LiCoO2를 소재)로부터 탈리 역방향 배출 경로 내의 전자 동일한 수의 양극 재료를 입력있다.
(2) 방전 : 전해액 (양극)를 통해 양극 (음극) 탈리에서 리 + 재료 임베디드 양극 재료, 전자 동수 양극 재료, 음극 집 전체, 상기 집 전체를 통하여 외부 회로의 양극에서 흐를 때 양극 및 음극 각각이 산화 및 환원 반응을 거치도록 양극 물질에 들어가십시오.
충전 및 방전 과정의 차이점은 충전 중에 전자가 외부 회로에서 자발적으로 움직일 수 없으며 작업을 수행하기 위해 전력을 공급해야한다는 것입니다.
리튬 농도 분포를 예측하기위한 전기 화학적 시뮬레이션
도에 나타내는 바와 같이 전기 화학적 리튬 이온 전지 의사 2D (P2D) 이론적 인 모델은, 다공성 전극과 농축액을 확립 이론에 기초한다.도 1을 참조하면, 전지 내부의 실제 화학 반응을 고려하여 공정, 처리는 고상 확산 액체 확산을 포함하고, 마이그레이션 및 전하 전송에있어서, 고체 - 액체 평형 전위 인 방법. 버틀러 Volmer 식 픽의 법칙이 입자의 내부의 리튬 이온을 설명하는 제 2 확산을 설명하는 전기 화학 반응을 이용하여 상기 상부 전극의 각각의 표면에 포함 된 리튬 절차를 추출하여 상기 반응 공정의 내부 양극 및 음극을 얻었다하면서 확산 방법. 매우 짧은 계산 시간에서 반응기의 외부 프로파일의 배터리의 충 방전 특성을 얻기 위해, 여러 PDE 반응 공정 및 조성물 모델의 경계 조건을 기술 물질의 고상 농도 분포 및 고상 전위 분포뿐만 아니라 전해질의 액상 농도 분포 및 고체상 전위 분포는 정확성, 포괄 성 및 메커니즘의 이점을 갖는다.
그림 1 리튬 이온 배터리의 전기 화학 의사 2 차원 (P2D) 모델
될 수있는 의사의 구조의 3 차원 형상 모델이 분포는 리튬 농도 프로파일 (2)의 전하 SOC의 다른 상태에서 도시하는 바와 같이, 상세하게는 리튬 전극 재료에 코발트 산 리튬 전극을 계산할 수 연장 이차원 모델 리튬 분포의 국부적 인 얼룩을보십시오.
그림 2 코발트 산 리튬 전극의 리튬 농도 분포 시뮬레이션 결과
리튬 농도 분포의 중성자 회절 온라인 검출
예측 전기 화학적으로 리튬의 농도 분포는 많은 문제점을 설명 할 수 있지만, 이것은 최적의 리튬 이온 전지의 전극 프로세스를 가정하면, 모든 측정 후 사실이 아니다. 중성자 회절 및 중성자 방사선에 대해 상이한 재료를 사용하여 다른 차폐 율 재료 분석 방법. 무관 중성자 방사선 침투력, 원자 산란 길이 Z하고 또한 광 원자에 민감하고 따라서 중성자 리튬 이온 전지 재료, 리튬 원자 및 니켈 망간 코발트 전이 금속 원자에 매우 민감 우리 수 시츄 리튬 분석의 구성을 전제 리튬 이온 전지, 리튬 이온 전지의 내부 분포를 깨지 않고.
도 1에 도시 된 장치를 사용 Owejan. 3, 흑연 음극과 리튬 하프 셀 중성자 방사선 전송선 검출 처리 및 흑연 전극 시트 내의 리튬의 분포에 조립 시트. 중성자 선, 포장 재료가 PTFE 인 관통 배터리 폴 피스 단면 영상, 리튬 극의 단면의 분포의 직접 검출은, 한쪽은 자극 단편, 5mm 폭,도 4a에 도시 된 검출 표면의 15mm의 길이를 코팅. 그런 다음 이론적 분석을 통해 하위 스펙트럼의 강도는 리튬 농도와 직접적으로 관련되며, 이는 극 조각의 단면에서 리튬 농도의 분포를 직접 정량적으로 측정 할 수 있습니다.
도 3은 고해상도 중성자 온라인 검출을위한 리튬 배터리 제조 장치이다.
도 4는 흑연 전극 시이트의 제 1 방전 동안 전극 시트에 매립 된 리튬의 분포를 도시하는 도면이고,도 4a는 극 샘플 및 그 검출 표면의 개략도이고,도 4b는 상이한 방전 시간에 대응하는 리튬 농도 분포도이다. 유사하게,도 5는 제 1 충전 및 리튬 제거 동안의 흑연 전극 시이트의 리튬 농도 분포를 도시한다.도 4c는 대응 시간에서의 전지의 잠재적 진화이다. 전극의 리튬 농도 및 그 분포는 전극의 전위와 잘 상관된다. 그리고 그 순간의 잠재력.
도 4 흑연 제 1 방전 전극을 매립 단면 리튬 리튬 농도 분포에있어서, (A)는 사진의 개략도, 리튬 다른 방전 시간 (b) 분배, 전압 (c) 전지의 발전. (비율 C / 9)
그림 5 : 흑연의 첫 번째 탈 리튬 제거 동안의 리튬 농도 분포, (a) 상이한 충전 시간에서의 리튬 농도 분포 및 (b) 배터리 전압 전개 (배율 C / 9)
.도 4 및도 중성자 빔 패턴.도 5는, 리튬 이온의 농도를 정량적으로 분석 할 수있다. 방전 / 충전 공정에서 작은 비율 (C / 9), 여전히 확대 집전 세퍼레이터에 양쪽 극 부분 근방을 관찰 할 수 있지만 이 차이의 리튬 분포 불균일, 정량 분석은도 6에 도시되고, 다이어프램 측의 리튬 농도는 콜렉터 측보다 높고, 리튬 삽입량이 증가함에 따라 그 차이가 증가한다.
그림 6. 방전 중 폴 피스의 다이어프램과 컬렉터 측면에 묻어있는 리튬 농도의 차이
또한,도 7에 도시 한 리튬 이온 농도의 자극 편에 잔류하는 삽입 리튬 오프 후 다음 관계 리튬의 흑연 전극은, 리튬의 일부가 용량, 비가역 용량의 감소를 일으켰다. 네 흑연 전극 방전 / 충전 전 이 사이클에서 흑연 전극에 남아있는 리튬의 양이도 8에 도시되어있다. 비가역 적 리튬 손실은 주로 제 1 사이클에서 발생하고, 후속 사이클에서는 잔류 리튬 량이 거의 변화하지 않는다.
그림 7 방전 용량과 잔류 리튬 용량의 처음 4주기
실험 기술의 발달로 연구원들은 리튬 이온 배터리의 메커니즘을 연구하기 위해 온라인 탐지 기술을 지속적으로 개발하고 있으며 중성자 빔의 온라인 탐지 외에도 라만 스펙트럼의 온라인 탐지 및 x- 선의 온라인 탐지와 같은 많은 기술이 있습니다.
