material do ânodo prolapso durante a carga e descarga, ou iões lítio, a distribuição da concentração de lítio está directamente relacionada com o estado de carga do material, a tensão e deformação intimamente relacionada com a expansão de volume ou a contracção do material do eléctrodo. Em uma folha eléctrodo bateria de iões de lítio Se você conhece a distribuição de lítio, pode obter muitas informações de reação do eletrodo, entender o processo de carga e descarga e explicar o mecanismo de falha da bateria.
Como funcionam as baterias de íons de lítio:
(1) de carregamento: Li deintercalated a partir do material do cátodo (por exemplo, material de LiCoO2), incorporado no ânodo através do material electrólito (por exemplo, material de grafite), enquanto que um número igual de electrões no trajecto de descarga inversa entrar no material do ânodo.
(2) Descarga: material de Li + a partir do ânodo (eléctrodo negativo) deintercalating, incorporado material do cátodo através do electrólito (eléctrodo positivo), enquanto que um número igual de electrões fluem a partir do material do ânodo, o colector de corrente de ânodo, e o eléctrodo positivo do circuito externo através do colector para o material de cátodo, de modo que os eléctrodos positivos e negativos, respectivamente, as reacções de oxidação e de redução.
A diferença entre o processo de carga e descarga é: Ao carregar, os elétrons não podem se mover espontaneamente no circuito externo, e a energia deve ser aplicada para fazer o trabalho.
Simulação eletroquímica para prever distribuição de concentração de lítio
Electroquímica bateria de iões de lítio pseudo 2D (P2D) modelo teórico baseia-se um eléctrodo poroso e uma teoria solução concentrada estabelecido, como mostrado na Fig. 1, o processo de considerar as reacções químicas reais dentro da bateria, compreendendo o processo de difusão em fase sólida, a difusão líquida e a migração e processo de transferência de carga, o processo de potencial de equilíbrio líquido-sólido. equação Butler-Volmer utilizando a reacção electroquímica descrita e é incorporado em cada superfície do eléctrodo superior e extrair procedimento de lítio, utilizando um segundo difusão lei de Fick descreve os iões de lítio interna nas partículas difusão processo. descrevem vários processos de reacção e modelo composição condições de contorno de PDE, para obter as características de carga-descarga das baterias do perfil externo do reactor em um muito curto tempo de computação, enquanto ainda dentro do processo de reacção para se obter eléctrodos positivos e negativos concentração da fase sólida da fase líquida e de distribuição de concentração da distribuição do potencial material de fase sólida e a distribuição da solução electrolitica e uma distribuição de potencial em fase sida e outros detalhes, preciso, cheio, etc. mecanismo baseado.
Fig.1 Modelo eletroquímico pseudo-bidimensional (P2D) da bateria de íons de lítio
O pseudo modelo bidimensional quando estendida, tridimensional modelo geométrico da estrutura, a distribuição pode ser calculado de um material de eléctrodo de lítio em pormenor, como se mostra, o eléctrodo de óxido de cobalto e lítio, num estado diferente de carga SOC do perfil de concentração de lítio 2, que pode ser Veja o desnível local da distribuição de lítio.
Figura 2 Resultados da simulação da distribuição da concentração de lítio do eletrodo de cobalto-lítio
Detecção on-line de difração de nêutrons da distribuição de concentração de lítio
Prevendo distribuição da concentração electroquimicamente lítio pode ser descrito muitos problemas, mas isso não é verdade após todas as medições, assumindo um processo ideal eléctrodo bateria de iões de lítio. Difracção de neutrões e, usando um material diferente para a radiação de neutrões taxa diferente de blindagem, técnicas de análise de materiais. poder de penetração da radiação de neutrões irrelevante, e atómica comprimento de espalhamento Z, e que também é sensível aos átomos de luz, e, portanto, os neutrões de lítio átomos material de bateria de iões de lítio e Os átomos de metal de transição de níquel-manganês-cobalto são muito sensíveis.Podemos analisar a distribuição de Li na bateria de íons de lítio in situ sem destruir a estrutura da bateria de íons de lítio.
Owejan, que utilizado o aparelho mostrado na Fig. 3, as folhas montadas em um ânodo de grafite e uma meia-células, o processo de detecção da linha de transmissão de neutrões radiografia de lítio e a distribuição de lítio na folha de eléctrodo de grafite. Feixe de neutrões penetra o material de embalagem é de PTFE, bateria pólo peça de imagem em corte transversal, a detecção directa da distribuição da secção transversal do eléctrodo de lítio, um lado revestido peças polares, 5 mm de largura, 15 mm de comprimento da superfície de detecção mostrado na Figura 4a. que, em seguida, através de uma análise teórica, a A intensidade do sub-espectro está diretamente relacionada à concentração de lítio, que pode medir diretamente de forma quantitativa a distribuição da concentração de lítio na seção transversal da peça polar.
A Figura 3 é um dispositivo de construção de bateria de lítio para detecção on-line de nêutrons de alta resolução
A figura 4 é uma folha de eléctrodo de grafite no primeiro processo de descarga, a distribuição de folha do eléctrodo de intercalação de lítio. A Fig. 4a é uma vista esquemática de uma peça polar e a superfície da amostra é detectada, a Fig. 4b é uma distribuição da concentração de lítio em um padrão correspondente ao tempo de descarga diferente, FIG. 4c é o potencial correspondente à evolução temporal da concentração da bateria. lítio e a distribuição do potencial de eléctrodo e boa correspondência eléctrodos acima. do mesmo modo, a Fig. 5 é uma concentração de folha de grafite eléctrodo de lítio durante a primeira distribuição de carga a partir de lítio E o potencial no momento correspondente.
FIG 4 grafite eléctrodo primeira descarga incorporado lítio em corte processo de distribuição da concentração de lítio, (A) uma vista esquemática de uma fotografia, de (b), a distribuição de lítio tempo de descarga diferente, a tensão (c) a evolução da bateria. (Relação C / 9)
Figura 5: Distribuição da concentração de lítio durante a primeira remoção de grafite da remoção de lítio, (a) Distribuição da concentração de lítio em diferentes tempos de carga e (b) Evolução da tensão da bateria (aumento C / 9)
padrão de feixe de neutrões da Fig. 4 e Fig. 5, a concentração de iões de lítio pode ser analisado quantitativamente. No processo de descarga / carga, embora pequena proporção (C / 9), mas ainda pode ser observada perto das peças de pólo sobre ambos os lados perto do colector de corrente e o separador a distribuição desigual de aumentos de lítio, esta análise de diferença quantitativa mostrada na Fig. 6, o lado próximo da concentração de lítio diafragma maior do que o colector de corrente lateral, e com o aumento da diferença de lítio.
Figura 6. Diferença na concentração de lítio embutida no diafragma e no lado do coletor da peça polar durante a descarga
Além disso, o eléctrodo de grafite de lítio em causa, em seguida, desligado depois de inserção de lítio restante nas peças polares da concentração de iões de lítio mostrado na Figura 7, esta parte do lítio causou uma perda de capacidade, a capacidade irreversível. Eléctrodo Quatro grafite antes da descarga / carga ciclo, a quantidade restante de lítio no eléctrodo de grafite 8, a perda irreversível de lítio ocorre principalmente no primeiro ciclo, seguido de vários ciclos, quase nenhuma alteração na quantidade de lítio restante.
Figura 7 Os primeiros 4 ciclos de capacidade de descarga e a capacidade residual de lítio
Com o desenvolvimento das técnicas experimentais, os investigadores continuam a desenvolver técnicas de detecção de linha, o mecanismo de uma pesquisa de iões de lítio. Para além da detecção da linha de feixe de neutrões, e a detecção de linha de Raman, raios-x, e outras técnicas de ensaio em linha.
