material de ánodo prolapso durante la carga y descarga, o los iones de litio, la distribución de la concentración de litio está directamente relacionada con el estado de carga del material, el estrés y la tensión estrechamente relacionada con la expansión del volumen o contracción del material del electrodo. En una hoja de electrodo de batería de iones de litio Si conoce la distribución de litio, puede obtener mucha información sobre la reacción del electrodo, comprender el proceso de carga y descarga y explicar el mecanismo de falla de la batería.
Cómo funcionan las baterías de iones de litio:
(1) de carga: Li deintercalated del material de cátodo (por ejemplo, material de LiCoO2), incrustado en el ánodo a través del material electrolito (por ejemplo material de grafito), mientras que un número igual de electrones en la trayectoria de descarga inversa de entrar en el material de ánodo.
(2) de descarga: material de Li + desde el ánodo (electrodo negativo) deintercalating, incrustado material de cátodo a través del electrólito (electrodo positivo), mientras que un número igual de electrones fluyen desde el material del ánodo, el colector de corriente del ánodo, y el electrodo positivo del circuito externo a través del colector Entrar en el material del cátodo, de forma que los electrodos positivo y negativo respectivamente experimenten reacciones de oxidación y reducción.
La diferencia entre el proceso de carga y el de descarga es: durante la carga, los electrones no pueden moverse espontáneamente en el circuito externo, y la potencia debe aplicarse para hacer el trabajo.
Simulación electroquímica para predecir la distribución de la concentración de litio
Electroquímica de la batería de iones de litio de pseudo 2D (P2D) modelo teórico se basa en un electrodo poroso y una teoría solución concentrada establecido, como se muestra en la Fig. 1, el proceso de considerar las reacciones químicas reales dentro de la batería, que comprende el proceso de difusión en fase sólida, la difusión de líquido y la migración y el proceso de transferencia de carga, el proceso de potencial de equilibrio sólido-líquido. ecuación de Butler-Volmer usando la reacción electroquímica se describe y se incrusta en cada superficie del electrodo superior y extraer procedimiento de litio, usando una segunda difusión ley de Fick describe los iones de litio internas en las partículas difusión proceso. describir varios procesos de reacción y modelo composición condiciones de contorno de PDE, para obtener las características de carga-descarga de las baterías del perfil externo del reactor en un tiempo de cálculo muy corto, mientras que más en el interior del proceso de reacción para obtener electrodos positivos y negativos La distribución de concentración de fase sólida y la distribución de potencial de fase sólida del material, así como la distribución de concentración de fase líquida y la distribución de potencial de fase sólida del electrolito, tienen las ventajas de precisión, exhaustividad y mecanismo.
célula de iones de litio figura electroquímica seudo 2D (P2D) Modelo
El seudo modelo de dos dimensiones cuando se extiende, en tres dimensiones modelo geométrico de la estructura, la distribución se puede calcular en un material de electrodo de litio en detalle, como se muestra, el electrodo de óxido de cobalto de litio en un estado diferente de carga SOC del perfil de concentración de litio 2, que puede ser Vea la irregularidad local de la distribución de litio.
Figura 2 Resultados de la simulación de la distribución de la concentración de litio del electrodo de cobaltato de litio
Detección de difracción de neutrones en línea de distribución de concentración de litio
La predicción de distribución de la concentración de litio electroquímicamente puede ser descrito muchos problemas, pero esto no es cierto después de todas las mediciones, suponiendo un proceso ideal electrodo de batería de iones de litio. Difracción de neutrones y mediante el uso de un material diferente para la radiación de neutrones diferente tasa de blindaje, técnicas de análisis de materiales. poder de penetración de radiación de neutrones irrelevante, y longitud de dispersión atómica Z, y también es sensible a los átomos de la luz, y por lo tanto, los neutrones de litio átomos de material de batería de iones de litio y níquel manganeso cobalto son muy sensibles al átomo de metal de transición, podemos sin romper la distribución interna de la batería de iones de litio de la batería de Li-ion bajo la premisa de una configuración de un análisis de litio in situ.
Owejan, que utilizó el aparato mostrado en la Fig. 3, las láminas ensambladas en un ánodo de grafito y una media-células, neutrón radiografía proceso de detección de línea de transmisión de litio y la distribución de litio en la hoja de electrodo de grafito. Haz de neutrones penetra en el material de envasado es PTFE, batería pieza polar de formación de imágenes en sección transversal, la detección directa de la distribución de la sección transversal del electrodo de litio, un lado recubierto piezas polares, mm de anchura 5, 15 mm de longitud de la superficie de detección se muestra en la Figura 4a. a continuación, a través del análisis teórico, el intensidad espectro de la sub concentración de litio establecer enlaces directos, de modo que las mediciones cuantitativas pueden ser directamente en la pieza de polo perfil de sección transversal de la concentración de litio.
La Figura 3 es un dispositivo de construcción de batería de litio para la detección en línea de neutrones de alta resolución
La figura 4 es una lámina de electrodo de grafito en el primer proceso de descarga, la distribución de la lámina de electrodo de intercalación de litio. La Fig. 4a es una vista esquemática de una pieza polar y la superficie de la muestra se detecta, la Fig. 4b es una distribución de la concentración de litio en un patrón correspondiente a la diferente tiempo de descarga, la fig. 4c es el potencial correspondiente a la evolución en el tiempo de la batería. concentración de litio y el electrodo de distribución de potencial y buenas electrodos correspondencia arriba. del mismo modo, la Fig. 5 es una concentración de hoja de litio electrodo de grafito durante la primera distribución de carga a partir de litio Y el potencial en el momento correspondiente.
primer electrodo de descarga de la figura 4 Grafito incrustado proceso de distribución de la concentración de litio de litio en sección, (A) una vista esquemática de un fotográfica, (b) la distribución de diferente tiempo de descarga de litio, la tensión (c) la evolución de la batería. (relación C / 9)
La figura 5 la primera carga de distribución de la concentración de litio Delithiation grafito, la evolución de la tensión (a) la carga de una distribución de la concentración de litio de los diferentes momentos y (b) una batería (ampliación C / 9)
patrón de haz de neutrones de la Fig. 4 y la Fig. 5, la concentración de iones de litio puede ser analizada cuantitativamente. En el proceso de descarga / carga, aunque pequeña relación (C / 9), pero todavía se puede observar cerca de las piezas polares en ambos lados cerca del colector de corriente y el separador la distribución desigual de los aumentos de litio, este análisis diferencia cuantitativa se muestra en la Fig. 6, el lado cerca de la concentración de litio diafragma más alto que el lado de la corriente de colector, y con el aumento de la diferencia de litio.
Figura 6. Diferencia en la concentración de litio incrustada en el diafragma y el lado del colector de la pieza polar durante la descarga
Además, el electrodo de grafito de litio que se trate a continuación, después de litio inserto que queda en las piezas polares de la concentración de iones de litio se muestra en la Figura 7, esta parte del litio causó una pérdida de la capacidad, la capacidad irreversible. Electrodo Cuatro de grafito antes de la descarga / carga ciclo, la cantidad restante de litio en el electrodo de grafito 8, la pérdida irreversible de litio se produce principalmente en el primer ciclo, seguido de varios ciclos, casi ningún cambio en la cantidad de litio restante.
Figura 7 Los primeros 4 ciclos de capacidad de descarga y la capacidad residual de litio
Con el desarrollo de técnicas experimentales, los investigadores continúan desarrollando técnicas de detección de línea, el mecanismo de una investigación de la batería de iones de litio. Además de la detección de línea de haz de neutrones, y la detección de línea de Raman, y otras técnicas de ensayo en línea rayos-X.
