شاخص تراکم لیتیوم در قطعات قطعه باتری لیتیوم

پرولاپس مواد آند در طول شارژ و تخلیه، یا یون لیتیوم، توزیع غلظت لیتیوم به طور مستقیم به دولت اتهام از مواد، استرس و فشار نزدیک به گسترش حجم یا انقباض از مواد الکترود مربوط مربوط می شود. در یک باتری ورق الکترود یون لیتیوم ، اگر شما می دانید توزیع لیتیوم می تواند بسیاری از واکنش این اطلاعات الکترود، شارژ و فرآیند ترخیص به درک به دست آورد، توضیح مکانیسم شکست باتری.

باتری لیتیوم یون کار می کند:

(1) شارژ: لی deintercalated از مواد کاتد (به عنوان مثال، مواد LiCoO2)، جاسازی شده در آند از طریق مواد الکترولیت (به عنوان مثال مواد گرافیت)، در حالی که تعداد مساوی الکترون ها در مسیر تخلیه معکوس ورود مواد آند.

(2) تخلیه: لی + مواد از آند (الکترود منفی) deintercalating، جاسازی شده مواد کاتد از طریق الکترولیت (الکترود مثبت)، در حالی که تعداد مساوی از الکترون ها از ماده آند، آند جمع فعلی، و الکترود مثبت از مدار خارجی از طریق جمع آوری به ماده کاتد، به طوری که الکترود مثبت و منفی، به ترتیب، اکسایش و کاهش واکنش های.

شارژ مختلف و تخلیه اظهار روند: شارژ، الکترون می توانید مدار خود به خود در خارج از حرکت نمی کند، از منبع تغذیه خارجی باید کار کنند.

لیتیوم الکتروشیمیایی پیش بینی توزیع غلظت

الکتروشیمیایی شبه باتری لیتیوم یون 2D (P2D) مدل نظری است که در یک الکترود متخلخل و یک نظریه راه حل متمرکز تاسیس شده است، همانطور که در شکل 1 نشان داده.، روند با توجه به واکنش های شیمیایی واقعی در داخل باتری، روند شامل انتشار فاز جامد، انتشار مایع و روند مهاجرت و انتقال بار، روند پتانسیل تعادلی جامد و مایع. معادله بوتلر-ولمر با استفاده از واکنش الکتروشیمیایی توصیف شده است و در هر سطح الکترود بالایی تعبیه شده و استخراج روش لیتیوم، با استفاده از یک نفوذ قانون دوم فیک توصیف یون لیتیوم داخلی در ذرات انتشار این فرآیند است. توصیف چند PDE فرایند واکنش و مدل ترکیب شرایط مرزی، برای بدست آوردن مشخصات شارژ تخلیه باتری از مشخصات خارجی راکتور در زمان محاسبه بسیار کوتاه، در حالی که بیشتر در داخل از فرآیند واکنش برای به دست آوردن الکترود مثبت و منفی غلظت فاز جامد فاز مایع و توزیع غلظت فاز جامد توزیع پتانسیل مواد و توزیع از راه حل های الکترولیتی و یک توزیع پتانسیل فاز جامد و سایر جزئیات، دقیق، کامل، و غیره ساز است.

شکل 1 الکتروشیمیایی شبه دو بعدی (P2D) مدل باتری یون لیتیوم

شبه مدل دو بعدی که توسعه یافته، مدل سه بعدی هندسی از ساختار، توزیع را می توان در مواد لیتیوم الکترود با جزئیات محاسبه، به عنوان نشان داده شده است، کبالت لیتیوم الکترود اکسید در دولت های مختلف از SOC مسئول پروفیل غلظت لیتیوم 2، که می تواند ناهمواری محلی توزیع لیتیوم را ببینید.

شکل 2 نتایج شبیه سازی توزیع غلظت لیتیوم الکترود کبالت لیتیوم

پراکنش نوترون در خط تشخیص توزیع غلظت لیتیوم

پیش بینی توزیع غلظت الکتروشیمیایی لیتیوم می تواند بسیاری از مشکلات توصیف کرد، اما این است بعد از تمام اندازه گیری ها درست نیست، با فرض لیتیوم یون الکترود باتری ایده آل است. پراش نوترون و با استفاده از مواد مختلف برای تابش نوترون نرخ های مختلف محافظ، تکنیک های تحلیل مواد. نامربوط تابش نوترون قدرت نفوذ، و هسته ای طول پراکندگی Z، و آن را نیز حساس به اتم نور، و در نتیجه، نوترون لیتیوم یون اتم مواد باتری لیتیوم و نیکل کبالت منگنز بسیار حساس به اتم فلز واسطه، ما می توانید بدون شکستن توزیع داخلی از باتری لیتیوم یون باتری لیتیوم یون تحت فرض از یک پیکربندی از تجزیه و تحلیل لیتیوم در محل.

Owejan، که دستگاه در شکل نشان داده استفاده می شود. 3، ورق های مونتاژ به یک آند گرافیت و یک لیتیوم نیم سلول، رادیوگرافی نوترونی فرایند تشخیص خط انتقال و توزیع لیتیوم در ورق گرافیت برق. پرتو نوترون نفوذ مواد بسته بندی PTFE است، باتری قطعه قطب تصویربرداری مقطعی، تشخیص مستقیم توزیع لیتیوم الکترود مقطع، یک طرف از طریق تجزیه و تحلیل نظری پوشش داده شده قطب، 5 میلی متر عرض، طول 15 میلی متر از سطح تشخیص نشان داده شده در شکل 4A. آنها پس از آن، شدت طیف از زیر غلظت لیتیوم ایجاد لینک مستقیم، به طوری که سنجش و اندازه گیری توانید به طور مستقیم بر روی قطعه قطب مشخصات مقطع غلظت لیتیوم باشد.

شکل 3 یک دستگاه ساخت باتری لیتیوم برای شناسایی آنلاین نوترون با وضوح بالا است

شکل 4 یک ورق گرافیت برق در فرآیند ترخیص اول، توزیع ورق لیتیوم کبیسه را الکترود است. شکل 4a یک طرح کلی از یک قطعه قطب و سطح نمونه شناسایی شده است، شکل 4B یک توزیع غلظت لیتیوم در یک الگوی مربوط به زمان تخلیه مختلف، انجیر است. 4C پتانسیل مربوط به تکامل زمان از باتری است. غلظت لیتیوم و الکترود توزیع بالقوه و الکترود تطابق خوبی تا است؟ به طور مشابه، 5 گرافیت الکترود غلظت ورق لیتیوم در طول توزیع بار اول از لیتیوم است و بالقوه در لحظه مربوطه.

شکل 4 گرافیت تخلیه اول الکترود های جاسازی شده لیتیوم مقطعی روند توزیع غلظت لیتیوم، (A) یک نمای شماتیک از یک عکاسی، (ب) توزیع لیتیوم زمان تخلیه مختلف، ولتاژ (ج) تکامل از باتری است. (نسبت C / 9)

شکل 5: توزیع غلظت لیتیوم در اولین حذف لیتیوم گرافیت، (a) توزیع غلظت لیتیوم در زمانهای مختلف شارژ و (b) تحول ولتاژ باتری (بزرگنمایی C / 9)

نوترون الگوی پرتو شکل 4 و 5، غلظت یون لیتیوم می تواند کمی تجزیه و تحلیل در فرآیند ترخیص / بار، هر چند نسبت کوچک (C / 9)، اما هنوز هم می توان در نزدیکی قطب در هر دو طرف نزدیک به کلکتور و جدا مشاهده توزیع نابرابر لیتیوم را افزایش می دهد، این تجزیه و تحلیل تفاوت های کمی نشان داده شده در شکل 6، از طرف نزدیک به غلظت دیافراگم لیتیوم بالاتر از سمت کلکتور، و با افزایش تفاوت لیتیوم.

شکل 6: تفاوت غلظت لیتیوم در دیافراگم و گرداب قطب قطعه در هنگام تخلیه

علاوه بر این، الکترود گرافیت لیتیوم سپس بعد از لیتیوم درج باقی مانده در قطب از غلظت یون لیتیوم نشان داده شده در شکل 7 مربوط می شود، این بخش از لیتیوم باعث از دست دادن ظرفیت، ظرفیت غیر قابل برگشت. الکترود چهار گرافیت قبل از تخلیه شارژ / چرخه، مقدار باقی مانده از لیتیوم در الکترود گرافیت 8، از دست دادن غیر قابل برگشت از لیتیوم به طور عمده در چرخه اول رخ می دهد، و پس از چند چرخه، تقریبا هیچ تغییری در میزان لیتیوم باقی مانده است.

شکل 7 اولین چهار چرخه ظرفیت تخلیه و ظرفیت لیتیوم باقی مانده

با توسعه روش های تجربی، محققان همچنان به توسعه روش های تشخیص خط، مکانیسم پژوهش باتری لیتیوم یون. علاوه بر تشخیص خط پرتو نوترونی، و تشخیص رامان خط، و دیگر تکنیک های تست آنلاین اشعه ایکس.