Model kegagalan baterai lithium-jelaskan fenomena evolusi lithium di anoda grafit: bagian-1

01 Nov 2021

Selama siklus siklus panjang, kapasitas reversibel baterai lithium-ion akan terus menurun karena pengurangan bahan aktif, pengendapan logam lithium, konsumsi elektrolit yang terus menerus, peningkatan resistansi internal dan pelarian termal. Di antara mereka, fenomena evolusi lithium dari elektroda negatif grafit adalah penyebab paling penting dari penurunan kapasitas baterai dan korsleting internal.

Dengan mempopulerkan kendaraan energi baru dalam skala besar, baterai lithium-ion adalah sistem tenaga yang paling penting. Selain kepadatan energi, stabilitas dan keamanan siklus juga merupakan dua masalah utama yang perlu segera ditingkatkan untuk baterai lithium-ion komersial. Secara umum diyakini bahwa fenomena evolusi litium disebabkan oleh fakta bahwa ketika ion litium diselingi pada elektroda negatif grafit, bagian dari zat dasar litium logam diendapkan pada permukaan grafit karena keterbatasan kinetik, membentuk logam litium yang tidak rata. lapisan. Lapisan logam lithium pada permukaan grafit tidak hanya akan menyebabkan bahaya keamanan yang serius, tetapi juga memperburuk pertumbuhan film antarmuka elektrolit padat, membuat lithium aktif terperangkap di dalamnya dan menjadi lithium mati, tidak dapat berpartisipasi dalam siklus de interkalasi lithium berikutnya. , dan kapasitasnya sangat berkurang.

Hasil penelitian dan pengujian tiga elektroda menunjukkan bahwa potensi penyisipan litium dari elektroda negatif grafit akan menurun dengan meningkatnya laju muatan dan pengosongan, dan akhirnya turun di bawah potensi pengendapan litium (0 V vs Li0/Li+). Namun, kinetika tidak dapat sepenuhnya menjelaskan berbagai fenomena evolusi lithium pada anoda grafit. Misalnya, potensial di bawah 0 V bukanlah kondisi yang diperlukan untuk evolusi litium, dan di bawah kondisi khusus, bahkan jika laju pelepasan muatan kurang dari 1,5 C, evolusi litium pada elektroda negatif grafit akan diamati. Oleh karena itu, faktor termodinamika yang sebelumnya diabaikan mungkin memiliki pengaruh penting pada fenomena presipitasi lithium.

Dalam serangkaian artikel teknis, kami akan membagikan detail fenomena ini kepada Anda.

pengantar

Studi kinetik percaya bahwa ketika laju muatan-pelepasan meningkat, potensi interkalasi lithium dari anoda grafit akan turun di bawah 0 V (vs Li0/Li+), menyebabkan pengendapan logam lithium. Namun, ada juga eksperimen yang mengamati bahwa ketika potensial lebih tinggi dari 0 V atau laju muatan-pengosongan kecil, fenomena evolusi litium juga terjadi. Hal ini sulit dijelaskan dengan kinetika, sehingga faktor termodinamika kembali menjadi pertimbangan peneliti.

Reaksi eksotermik dan panas Joule yang menyertai siklus pengisian dan pengosongan akan menyebabkan suhu internal baterai terus meningkat, membentuk gradien suhu di dalam baterai, dan kemudian mengubah potensial elektroda kesetimbangan reaksi redoks.

Baru-baru ini, kelompok Cui Yi di Universitas Stanford ada PNAS Jurnal menerbitkan judul "Di bawah pelapisan lithium potensial pada anoda grafit yang disebabkan oleh heterogenitas suhu" Artikel. Karya ini menegaskan bahwa suhu dalam homogenitas di dalam baterai lithium ion akan menyebabkan potensi evolusi lithium dan potensial penyisipan litium dari bagian elektroda negatif grafit menyimpang dari potensial elektroda kesetimbangan, dan kemudian pengendapan logam litium akan terjadi pada potensial di atas 0 V (vs Li0/Li+). faktor menjelaskan dengan baik mengapa anoda grafit juga menunjukkan evolusi lithium di bawah kondisi pengisian yang lambat.Pekerjaan ini untuk lebih memahami perilaku deposisi lithium yang tidak merata dan memperpanjang umur siklus ion lithium.Memberikan landasan teori.

Sorotan penelitian

1. Faktor termodinamika dalam fenomena analisis lithium telah diabaikan oleh orang-orang. Karya ini telah mempelajari perilaku abnormal pengendapan logam lithium dari perspektif termodinamika melalui studi mendalam tentang suhu homogenitas di dalam baterai.

2. Karya ini membuktikan bahwa dengan meningkatnya suhu, reaksi pengendapan logam litium akan terjadi di area lokal anoda grafit pada potensial di atas 0 V (vs Li0/Li+), dan mode pengendapan litium yang berbeda dianalisis secara mendalam .

3. Karya ini telah melakukan penelitian mendalam tentang potensi pengendapan logam litium pada anoda grafit melalui eksperimen dan simulasi, dan memiliki pemahaman yang lebih komprehensif tentang fenomena evolusi litium. Diharapkan ini akan memandu peningkatan teknologi pengisian cepat baterai lithium-ion.

Panduan grafis

Gambar 1. Penelitian tentang pengukuran koefisien suhu

(A) Diagram skema dari sel elektrolitik tipe-H non-isotermal yang digunakan untuk mengukur koefisien suhu;

(B) Variasi tegangan rangkaian terbuka (OCV) dengan waktu dalam sel elektrolitik tipe-H non-isotermal, elektroda kerja dan elektroda lawan keduanya adalah lithium foil;

(C) Variasi tegangan rangkaian terbuka (OCV) terhadap waktu dalam sel elektrolitik tipe-H non-isotermal, elektroda kerja dan elektroda lawan keduanya grafit;

(D) Kurva pemasangan T dan V dari logam litium dan grafit;

(E) Diagram skematis evolusi litium di area suhu tinggi pada anoda grafit di bawah distribusi suhu yang tidak merata;

(F) Ketika potensial lebih tinggi dari 0 V (vs Li0/Li+), diagram skematik mekanisme evolusi litium pada elektroda negatif grafit.

Kesimpulan:

Untuk memastikan kelancaran pengoperasian aplikasi Anda, para insinyur penelitian dan pengembangan EverExceed bekerja siang dan malam untuk meneliti dan merancang baterai Lithium Iron phosphate yang canggih dengan parameter pengisian dan pengosongan sempurna yang menegaskan masa pakai baterai terpanjang yang tersedia. Jadi pilih EverExceed sebagai merek Anda untuk keandalan lengkap.

tag :