Il-mekkaniżmu tal-formazzjoni u l-prevenzjoni tal-litju dendritiku

Forma:

Fi kliem sempliċi, il-litju dendritiku jfisser li l-kontenut tal-litju inkorporat fil-grafita jaqbeż it-tolleranza tiegħu, u l-joni tal-litju żejjed jingħaqdu ma 'l-elettroni shuttled mill-elettrodu negattiv u jibdew jiddepożitaw fuq il-wiċċ ta' l-elettrodu negattiv. Fil-proċess tal-iċċarġjar tal-batterija, in-naħa ta ’barra tagħti vultaġġ lil barra, sabiex il-joni tal-litju ġewwa l-materjal tal-elettrodu pożittiv jistgħu jiġu estratti fil-medja tal-elettroliti. Bl-istess mod, il-joni tal-litju fl-elettrolit jimxu lejn is-saff tal-karbonju taħt il-kundizzjoni tad-differenza tal-vultaġġ estern. Il-grafita għandha kanal f'saffi, u l-litju jidħol fil-kanal biex jifforma kompost tal-karbonju-litju bil-karbonju, u jifforma kompost ta 'interkalazzjoni tal-grafita bħal LiCx (x=1 ~ 6). Ir-reazzjoni elettrokimika fuq l-elettrodu negattiv ta 'batterija tal-litju tista' tiġi espressa bil-formula li ġejja:

F'din il-formula, hemm parametru li hu, jekk it-tnejn huma magħduda, ser jiġi prodott litju dendritiku. Hawn kunċett li kulħadd huwa familjari miegħu, kompost ta 'interkalazzjoni tal-grafita. Komposti interlaminar tal-grafita (GICs fil-qosor) huma komposti kristallini li jużaw metodi fiżiċi jew kimiċi biex idaħħlu reattivi mhux tal-karbonju bejn saffi tal-grafita u jikkombinaw mal-pjan tan-netwerk eżagonali tal-karbonju waqt li jżommu l-istruttura tal-grafita f'saffi.

karatteristiċi:

Il-litju Dendrite ġeneralment jiġi depożitat fuq il-pożizzjoni tal-kuntatt bejn is-separatur u l-elettrodu negattiv. Studenti li għandhom esperjenza fl-iżarmar tal-batteriji spiss għandhom isibu saff ta 'materjal griż fuq is-separatur. Iva, hija preċipitazzjoni tal-litju. Il-litju Dendrite huwa metall tal-litju ffurmat wara li l-joni tal-litju jirċievu elettroni, u l-metall tal-litju ma jistax jifforma joni tal-litju biex jipparteċipa fir-reazzjonijiet ta 'ċarġ u ħatt tal-batterija, li jirriżulta fi tnaqqis fil-kapaċità tal-batterija. Il-litju Dendrite jikber mill-wiċċ tal-elettrodu negattiv lejn is-separatur. Jekk il-metall tal-litju jiġi depożitat kontinwament, eventwalment jittaqqab is-separatur u jikkawża short circuit fil-batterija, u jikkawża problemi ta 'sigurtà tal-batterija.

Fatturi li jinfluwenzaw:

Il-fatturi ewlenin li jaffettwaw il-formazzjoni tal-litju dendritiku huma: il-ħruxija tal-wiċċ tal-elettrodu negattiv, il-gradjent tal-konċentrazzjoni tal-jone tal-litju, id-densità tal-kurrent, eċċ Barra minn hekk, il-film SEI, it-tip ta ’elettrolit, il-konċentrazzjoni tas-solut, u d-distanza effettiva bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi kollha jaffettwaw id-dendritiku Il-formazzjoni tal-litju għandha ċerta influwenza.

1. Ħruxija tal-wiċċ ta 'elettrodu negattiv

Il-ħruxija tal-wiċċ tal-elettrodu negattiv taffettwa l-formazzjoni tal-litju dendritiku. Iktar ma tkun ħarxa l-wiċċ, iktar ikun favorevoli għall-formazzjoni tal-litju dendritiku. Il-formazzjoni tal-litju dendritiku tinvolvi elettrokimika, kristallografija, termodinamika u kinetika. David R. Ely Hemm deskrizzjoni dettaljata fl-artikolu.

2. Gradjent u distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni tal-jone tal-litju

Wara li l-joni tal-litju jiġu estratti mill-materjal tal-elettrodu pożittiv, jgħaddu mill-elettrolit u s-separatur u jaċċettaw elettroni fl-elettrodu negattiv. Matul il-proċess tal-iċċarġjar, il-konċentrazzjoni tal-jone tal-litju tal-elettrodu pożittiv tiżdied gradwalment, u l-konċentrazzjoni tal-jone tal-litju tal-elettrodu negattiv tonqos minħabba l-aċċettazzjoni kontinwa tal-elettroni. F'soluzzjoni dilwita b'densità għolja ta 'kurrent, il-konċentrazzjoni tal-jone ssir 0. Fuq din il-bażi, Fleury et al. Il-mudell stabbilit ma 'Chazalviel juri li meta l-konċentrazzjoni tal-jone titnaqqas għal 0, l-elettrodu negattiv jifforma ċarġ ta' spazju lokali u jifforma struttura dendritika. Ir-rata tat-tkabbir tal-istruttura dendritika hija l-istess bħar-rata tal-migrazzjoni tal-jone fl-elettrolit.

3. Densità tal-kurrent

Fl-artiklu Dendrite Growth in Lithium / Polymer Systems, l-awtur jemmen li r-rata tat-tkabbir tal-ponta tal-litju dendritiku hija relatata mill-qrib mad-densità tal-kurrent, kif muri fil-formula li ġejja:

Jekk id-densità tal-kurrent titnaqqas, it-tkabbir tal-litju dendritiku jista 'jiġi ttardjat sa ċertu punt, kif muri fil-figura hawn taħt:

Kif tevita:

Il-mekkaniżmu ta 'formazzjoni tal-litju dendritiku għadu ċar, iżda hemm bosta mudelli ta' tkabbir tal-metall tal-litju. Skond il-formazzjoni tal-litju dendritiku u fatturi li jinfluwenzaw, il-formazzjoni tal-litju dendritiku tista 'tiġi evitata mill-aspetti li ġejjin:

1). Ikkontrolla l-flatness tal-wiċċ tal-materjal tal-elettrodu negattiv.

2). Id-daqs tal-partiċelli elettrodi negattivi għandu jkun iżgħar mir-raġġ termodinamiku kritiku.

3). Irregola t-tixrib tal-elettrodepożiti.

4). Limita l-potenzjal tal-kisi taħt il-valur kritiku. Barra minn hekk, il-mekkaniżmu tradizzjonali ta 'ċċarġjar u ħatt jista' jittejjeb. Pereżempju, il-metodu tal-polz jista 'jiġi kkunsidrat.

5). Żid addittivi ta 'elettroliti li jistabbilizzaw l-interface negattiv elettrodu-elettrolit

6). Ibdel l-elettrolit likwidu b'ġel ta 'saħħa għolja / elettrolit solidu

7). Stabbilixxi saff protettiv tal-wiċċ ta 'l-anodu tal-litju ta' saħħa għolja

Fl-aħħarnett, ħalli żewġ mistoqsijiet fl-aħħar tal-artiklu għal kulħadd biex jiddiskuti:

1). Fejn isseħħ ir-reazzjoni elettrokimika tal-jone tal-litju? Wieħed huwa t-trasferiment tal-massa tal-fażi solida wara li r-reazzjoni elettrokimika tal-joni tal-litju fuq il-wiċċ tal-grafita tilħaq is-saturazzjoni. It-tieni hija li l-joni tal-litju jemigraw fis-saffi tal-grafita mill-konfini tal-qamħ tal-kristalliti tal-grafita, u jirreaġixxu ġewwa l-grafita.

2). Ir-reazzjoni bejn il-joni tal-litju u l-grafita tifforma komposti tal-karbonju-litju u l-litju dendritiku sseħħ simultanjament jew sekwenzjalment?