Литиево-ионные батареи состоят в основном из положительного электрода, электролита, сепаратора и т. Д. Во время зарядки ионы лития высвобождаются из положительного электрода и внедряются в отрицательный электрод. Процесс разряда просто противоположный. В идеале ион лития следует вытягивать из положительного электрода во время зарядки. Li +, все возвращаются к положительному электроду во время процесса разряда и равномерно внедряются в материал положительного электрода. Однако на практике из-за проблем побочных реакций интерфейса и поляризации не только все Li + возвращаются к положительному электроду, Даже Li + равномерно внедрен в материал положительного электрода. Неоднородная литиевая интеркаляция материала положительного электрода вызывает неравномерное распределение напряжения внутри частиц материала положительного электрода (материал положительного электрода вызывает кристаллизацию в процессе введения и экстракции Li +). Расширение и сжатие, вызывающее изменение объема материала), вызывая трещины внутри вторичных частиц, вызывая внутреннюю коррозию электролита, что вызывает ускоренное распад материала положительного электрода.
Литиевая неоднородность материала положительного электрода неизбежна, но как анализировать и обнаруживать его становится ключевым. Ли является легким элементом. Обычные инструменты ЭЦП не могут анализировать распределение элемента Li. Чтобы решить эту проблему, люди сначала пытаются использовать нейтроны. Дифракционный метод обнаруживает распределение Li внутри литиево-ионной батареи. Нейтрон мал по объему и не заряжается, поэтому он обладает сильной проникающей способностью и может легко проходить через внешний корпус ионно-литиевой батареи, в то время как светлые элементы, такие как H и Li Нейтронная масса близка, поэтому ее легче взаимодействовать с нейтронами, поэтому нейтронографическая технология очень чувствительна к распределению Li и распределению электролита в батареях. Хельмгольцский институт хранения химической энергии (HIU) и Технологический институт Карлсруэ, Германия MJ Mühlbauer и др. Использовали методы нейтронной дифракции для анализа распределения Li в литий-ионной батарее в конце ее жизни в конце ее жизни («Влияние старения батареи на внутреннее распределение Li в литий-ионных батареях»). В конце периода не только активный Li внутри литиево-ионной батареи уменьшается, но, что более важно, оставшийся активный Li также неравномерно распределяется внутри литиево-ионной батареи. Как.
Однако разрешение метода нейтронной дифракции низкое, и однородность распределения Li может быть проанализирована только на уровне батареи, а накопление внутреннего напряжения материала положительного электрода является неравномерным распределением ионно-литиевой батареи внутри одной частицы. Неравномерное распределение внутреннего распределения Li, Shuyu Fang из Университета Висконсина и др. Представили рамановскую спектроскопию. Чтобы наблюдать распределение Li материалов NCM в процессе введения лития, Shuyu Fang подготовил специальную структуру кнопочной ячейки. На рисунке ниже показан спектр комбинационного рассеяния материала NMC532 при разных зарядных напряжениях. Из рисунка видно, что интенсивность пика A1g около 595 см уменьшается при увеличении потенциала материала NMC (увеличивается делигнификация). Когда положительный электрод повторно вставляет литий, интенсивность пика A1g снова возрастает, поэтому мы можем оценить распределение концентрации Li внутри материала положительного электрода, используя интенсивность пика A1g.
Анализ и расчеты Шуйю Фанга показывают, что также существует явление неравномерности внутри одной частицы NMC. Например, когда частица 1 # на следующем рисунке а составляет 3,88 В, пик A1g большинства областей частицы находится на отрицательном электроде 540 см. Верхняя площадь составляет 590 см / см, что указывает на то, что реакция интеркаляции лития в этой части отстает. По сравнению с разными частицами также существует большая неравномерность между частицами 1 и 3 #, например, частицы 3 # достигают 3,84 В. Когда 1 # частица достигла 4,01 В, разность потенциалов между двумя частицами достигает 0,2 В, что указывает на большую интеркаляцию между частицами внутри положительного электрода литиево-ионной батареи и между различными областями внутри частицы. Равномерное явление. Неоднородная литиевая интеркаляция между частицами приведет к перегрузке частичных гранул. Неоднородная интеркаляция лития внутри частиц вызовет накопление внутренних напряжений в частицах, вызывая трещины в частицах, что приведет к долговременной циклической устойчивости материала положительного электрода. Негативное влияние.
С развитием технологии все больше и больше средств позволяет людям анализировать распределение литиевых ресурсов в катодных материалах. Например, Сусуму Имашуку (первый автор, корреспондент) Японского университета Тохоку использует лазерные спектры разложения. Методика (LIBS) анализирует распределение Li в электроде LiCoO2. LIBS работает с использованием импульсного лазера для испарения исследуемого образца. Газифицированные атомы возбуждаются и испускают фотоны, и обнаруживается излучение этих атомов. Спектр может анализировать состав и содержание элемента в образце. Как правило, если LIBS обнаружен в воздушной атмосфере, спектр излучения атомов Li будет сильно поглощать, поэтому будет вызвана интенсивность спектра излучения атомов Li и концентрация атомов Li. Это не пропорционально, поэтому используемый ранее анализ LIBS представляет собой в основном качественный анализ. Одним из методов решения этой проблемы является тестирование LIBS в атмосфере аргона. Аргон низкого давления может увеличить температуру плазмы, генерируемой лазерным импульсом. Тем самым увеличивается число атомов Li в возбужденном состоянии, тем самым увеличивая интенсивность спектра излучения атомов Li.
Испытательная система, используемая Сусуму Имашуку в тесте, показана на рисунке ниже. Источник лазера Nd: YAG, длина волны лазера 532 нм, время импульса 16-18 нс, а энергия одиночного импульса - 20 мДж. Система содержит два набора спектральных анализаторов, один из которых Набор способен собирать широкий диапазон длин волн (200-895 нм) для сбора спектра излучения Li, а другой набор более чувствителен к коротким волнам (13,3 нм) для сбора коротковолновых спектральных сигналов.
Сусуму Имашуку впервые проверил спектры стандартных образцов с отношениями Li / Co 0, 0,01, 0,10, 0,30, 0,51, 0,62, 0,80 и 0,99 в качестве исходных условий для последующего анализа. На следующем рисунке показаны положительные значения LCO, полученные авторами с использованием количественного анализа LIBS. Схема распределения отношения Li / Co (рис. A после 30 циклов, а рис. B - после 50 циклов). Из рисунка видно, что распределение Li относительно равномерно после 30 циклов, но после 50 циклов. В середине положительного электрода LCO концентрация Li ниже, а концентрация Li в листе выше. Даже в некоторых положениях на краю отношение Li / Co больше 1 (красная точка). По результатам анализа EDS обнаружено, что краевое положение положительного электрода LCO равно F. Концентрация P и P выше (F и P - общие продукты разложения электролита), а концентрация Co на краю несколько ниже центральной. Автор полагает, что это связано с перегрузкой LCO на краю положительного электрода, что приводит к частичному элементу Co. Растворение произошло, в результате чего отношение Li / Co в краевом положении выше 1.
На практике неравномерное введение и удаление Li из катодного материала является обычным явлением. Это явление распространено внутри частиц, или между частицами, и даже внутри электродов. Неоднородная интеркаляция лития может привести к накоплению внутренних напряжений в частицах, что приведет к образованию трещин. Неравномерность вставки и экстракции Li между частицами и внутри электродов может вызвать проблемы, такие как перезарядка местных активных веществ, что приведет к литий-ионным батареям. Обратимая способность продолжает снижаться, поэтому особенно важно обнаружить неравномерность Li между электродом и активным материалом с помощью соответствующих средств и принять меры для улучшения неравномерности.
