ดัชนีความหนาแน่นลิเธียมในชิ้นขั้วแบตเตอรี่ลิเธียม

วัสดุขั้วบวกย้อยระหว่างค่าใช้จ่ายและการปล่อยหรือลิเธียมไอออนการกระจายความเข้มข้นของลิเธียมจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับรัฐเสียค่าใช้จ่ายของวัสดุที่ความเครียดและความเครียดที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการขยายตัวของปริมาณหรือการหดตัวของวัสดุอิเล็กโทรด. ในลิเธียมไอออนแบตเตอรี่แผ่นอิเล็กโทรด ถ้าคุณรู้ว่าการกระจายของลิเธียมสามารถได้รับจำนวนมากของการเกิดปฏิกิริยาอิเล็กโทรดข้อมูลค่าใช้จ่ายและการจำหน่ายจะเข้าใจกลไกการอธิบายความล้มเหลวของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร:

(1) การชาร์จ: หลี่ deintercalated จากวัสดุแคโทด (เช่นวัสดุ LiCoO2) ฝังอยู่ในขั้วบวกผ่านวัสดุอิเล็กโทรไล (เช่นวัสดุกราไฟท์) ในขณะที่จำนวนที่เท่ากันของอิเล็กตรอนในเส้นทางปล่อยกลับเข้าวัสดุขั้วบวก

(2) Discharge: Li + วัสดุจากแอโนด (ขั้วลบ) deintercalating ฝังวัสดุแคโทดผ่านอิเล็กโทรไล (ขั้วบวก) ในขณะที่จำนวนที่เท่ากันของอิเล็กตรอนไหลจากวัสดุที่ขั้วบวกขั้วบวกสะสมปัจจุบันและขั้วบวกของวงจรภายนอกผ่านการสะสม ป้อนวัสดุแคโทดเพื่อให้ขั้วบวกและขั้วลบตามลำดับได้รับปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดลง

การเรียกเก็บเงินที่แตกต่างกันและการคายประกอบด้วยกระบวนการ: ชาร์จอิเล็กตรอนไม่สามารถย้ายวงจรภายนอกธรรมชาติแหล่งจ่ายไฟภายนอกต้องทำงานงาน

การจำลองทางเคมีไฟฟ้าสำหรับทำนายการกระจายตัวของลิเทียม

ไฟฟ้าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลอก 2D (P2D) รูปแบบทางทฤษฎีจะขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรดรูพรุนและทฤษฎีการแก้ปัญหาที่มีความเข้มข้นที่จัดตั้งขึ้นดังแสดงในรูป. 1 ขั้นตอนของการพิจารณาปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นจริงภายในแบตเตอรี่กระบวนการประกอบการแพร่ของแข็งกระจายของเหลวและ ย้ายถิ่นและการโอนค่าใช้จ่ายในกระบวนการของการสมดุลที่มีศักยภาพที่เป็นของแข็งของเหลว. สมบัตเลอร์-Volmer ใช้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีอธิบายและถูกฝังอยู่ในพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าบนแต่ละและสารสกัดจากขั้นตอนลิเธียมโดยใช้การแพร่กระจายที่สองกฎหมายของ Fick อธิบายลิเธียมไอออนภายในอนุภาค การแพร่กระจายกระบวนการ. อธิบายหลาย PDE กระบวนการปฏิกิริยาและรูปแบบองค์ประกอบเงื่อนไขขอบเขตเพื่อให้ได้ลักษณะค่าจำหน่ายของแบตเตอรี่ของรายละเอียดภายนอกของเครื่องปฏิกรณ์ในการคำนวณเวลาที่สั้นมากในขณะที่อีกด้านในของกระบวนการปฏิกิริยาที่จะได้รับขั้วไฟฟ้าบวกและลบ ความเข้มข้นของของแข็งของเหลวและการกระจายความเข้มข้นของของแข็งกระจายศักยภาพของวัสดุและการกระจายของการแก้ปัญหาไฟฟ้าและของแข็งกระจายที่มีศักยภาพและรายละเอียดอื่น ๆ ที่ถูกต้อง, เต็มรูปแบบอื่น ๆ ตามกลไก

รูปที่ 1 แบบจำลองทางไฟฟ้าเคมีสองมิติ (P2D) ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

หลอกรูปแบบสองมิติเมื่อขยายสามมิติแบบจำลองทางเรขาคณิตของโครงสร้างการจัดจำหน่ายที่สามารถคำนวณเป็นวัสดุลิเธียมอิเล็กโทรดในรายละเอียดดังแสดงลิเธียมโคบอลต์อิเล็กโทรดออกไซด์ในสถานะที่แตกต่างกันของค่าใช้จ่าย SOC ของรายละเอียดเข้มข้นลิเธียม 2 ซึ่งสามารถ ดูความไม่สม่ำเสมอในท้องถิ่นของการกระจายลิเธียม

รูปที่ 2 ผลการจำลองการกระจายตัวของลิเธียมของอิเล็กโทรดลิเธียมโคบอลต์เทท

การตรวจจับการแผ่รังสีนิวตรอนบนเส้นของการกระจายตัวของลิเทียม

ทำนายการกระจายความเข้มข้นของลิเธียม electrochemically สามารถอธิบายปัญหามากมาย แต่ตอนนี้ไม่เป็นความจริงหลังจากที่วัดทุกสมมติว่าลิเธียมไอออนกระบวนการอิเล็กโทรดแบตเตอรี่เหมาะ. นิวตรอนเลนส์และโดยการใช้วัสดุที่แตกต่างกันสำหรับการฉายรังสีนิวตรอน อัตราที่แตกต่างกันป้องกันเทคนิคการวิเคราะห์วัสดุ. รังสีนิวตรอนอำนาจทะลุทะลวงที่ไม่เกี่ยวข้องและอะตอมยาวกระเจิง Z, และก็ยังมีความไวต่อแสงอะตอมและดังนั้นนิวตรอนลิเธียมวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอะตอมและ นิกเกิลโคบอลต์แมงกานีสมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอะตอมโลหะที่เราสามารถทำได้โดยไม่ทำลายการกระจายภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ Li-ion ตามหลักฐานของการกำหนดค่าของการวิเคราะห์ลิเธียมในแหล่งกำเนิดที่

Owejan ที่ใช้อุปกรณ์แสดงในรูปที่. 3, แผ่นประกอบเป็นขั้วบวกแกรไฟต์และลิเธียมครึ่งเซลล์นิวตรอนการถ่ายภาพรังสีสายส่งกระบวนการการตรวจสอบและการกระจายของลิเธียมในแผ่นกราไฟท์ขั้วไฟฟ้า. คานนิวตรอนแทรกซึมวัสดุบรรจุภัณฑ์เป็น PTFE, แบตเตอรี่เสาชิ้นส่วนการถ่ายภาพตัดขวางการตรวจสอบโดยตรงของการกระจายตัวของลิเธียมอิเล็กโทรข้ามส่วนที่ด้านใดด้านหนึ่งเคลือบชิ้นเสา 5 มิลลิเมตรกว้าง 15 มิลลิเมตรความยาวของพื้นผิวการตรวจสอบที่แสดงในรูป 4a. พวกเขาก็ผ่านการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีที่ ความเข้มของ sub-spectrum เกี่ยวข้องโดยตรงกับความเข้มข้นลิเธียมซึ่งสามารถวัดปริมาณการกระจายตัวของลิเธียมได้โดยตรงในส่วนตัดขวางของชิ้นขั้ว

รูปที่ 3 เป็นอุปกรณ์สร้างแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับการตรวจจับนิวตรอนความละเอียดสูงแบบออนไลน์

มะเดื่อ 4 เป็นแผ่นกราไฟท์ขั้วไฟฟ้าในการจำหน่ายครั้งแรกที่การกระจายตัวของแผ่นลิเธียมเสพไฟฟ้า. มะเดื่อ. 4a เป็นมุมมองแผนผังของชิ้นส่วนเสาและพื้นผิวของตัวอย่างที่ตรวจพบมะเดื่อ. 4b คือการกระจายความเข้มข้นของลิเธียมในรูปแบบที่สอดคล้องกับเวลาปฏิบัติที่แตกต่างกันมะเดื่อ 4c มีศักยภาพที่สอดคล้องกับเวลาวิวัฒนาการของแบตเตอรี่. ความเข้มข้นของลิเธียมและอิเล็กโทรดจัดจำหน่ายที่มีศักยภาพและขั้วไฟฟ้าการติดต่อที่ดีขึ้น. ในทำนองเดียวกันมะเดื่อ. 5 เป็นอิเล็กโทรกราไฟท์เข้มข้นแผ่นลิเธียมในช่วงการกระจายค่าใช้จ่ายครั้งแรกจากลิเธียม และมีศักยภาพในขณะเดียวกัน

มะเดื่อ 4 ไฟท์ปล่อยแรกขั้วไฟฟ้าฝังขวางลิเธียมขั้นตอนการกระจายความเข้มข้นของลิเธียม (A) มุมมองวงจรของการถ่ายภาพ (ข) การกระจายตัวของลิเธียมปล่อยเวลาที่แตกต่างกัน, แรงดันไฟฟ้า (c) วิวัฒนาการของแบตเตอรี่ได้. (อัตราส่วน C / 9)

รูปที่ 5: การกระจายความเข้มข้นของลิเธียมในระหว่างการกำจัดกราไฟต์ de-lithium ครั้งแรก (ก) การกระจายความเข้มข้นของลิเธียมที่เวลาชาร์จแตกต่างกันและ (ข) การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (C / 9)

นิวตรอนรูปแบบลำแสงของมะเดื่อ. 4 และมะเดื่อ. 5, ความเข้มข้นของลิเธียมไอออนที่สามารถวิเคราะห์เชิงปริมาณ. ในการจำหน่าย / ชาร์จแม้ว่าอัตราส่วนขนาดเล็ก (C / 9) แต่ยังคงสามารถสังเกตใกล้ชิ้นเสาทั้งสองข้างใกล้กับเก็บในปัจจุบันและคั่น การกระจายไม่สม่ำเสมอของลิเธียมที่เพิ่มขึ้นนี้การวิเคราะห์ความแตกต่างเชิงปริมาณที่แสดงในรูป. 6 ด้านข้างใกล้กับความเข้มข้นของไดอะแฟรมลิเธียมสูงกว่าด้านเก็บในปัจจุบันและมีความแตกต่างที่เพิ่มขึ้นลิเธียม

รูปที่ 6. ความต่างของความเข้มข้นของลิเธียมที่ฝังอยู่ในไดอะแฟรมและตัวเก็บประจุของชิ้นขั้วระหว่างการปลดปล่อย

นอกจากนี้ขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ของลิเธียมกังวลแล้วออกหลังจากแทรกลิเธียมที่เหลืออยู่ในชิ้นขั้วของความเข้มข้นของลิเธียมไอออนที่แสดงในรูปที่ 7 เป็นส่วนหนึ่งของลิเธียมนี้ก่อให้เกิดการสูญเสียของกำลังการผลิตกำลังการผลิตกลับไม่ได้. อิเล็กโทรโฟกราไฟท์ก่อนที่จะปล่อย / ค่าใช้จ่าย ในรอบจำนวนลิเธียมที่เหลืออยู่ในขั้วไฟฟ้ากราไฟท์จะแสดงในรูปที่ 8 การสูญเสียลิเทียมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในรอบแรกและในรอบต่อ ๆ ไปปริมาณลิเธียมที่ตกค้างแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง

รูปที่ 7 วงจรการจำหน่ายและความจุลิเธียมที่เหลืออยู่ 4 รอบแรก

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการทดลองนักวิจัยยังคงพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับแบบออนไลน์เพื่อศึกษากลไกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนอกจากการตรวจจับคานนิวตรอนแบบออนไลน์แล้วยังมีเทคนิคมากมายเช่นการตรวจจับสเปกตรัมของรามันและการตรวจจับรังสีเอกซ์แบบ on-line