Grafīta anodu morfoloģijas un struktūras attīstība ilgtermiņa akumulatoru ciklos

Pašreizējās litija jonu baterijās litija baterijām parasti izmantotie anoda materiāli galvenokārt tiek sadalīti anoda materiālos uz oglekļa bāzes, litija titanātā un silīcijā esošajos kompozītmateriālos. Sakarā ar litija titanāta enerģijas blīvuma ierobežojumu, silīcija bāzes kompozītmateriālu izplešanās un mazvērtība ir bijusi. Tas nav labi atrisināts, un oglekļa bāzes anoda materiāli joprojām aizņem galveno litija akumulatoru anodu daļu.

Oglekļa anoda materiālus galvenokārt veido grafīta, cietā oglekļa un mīksto oglekļa anodi. Grafīts ir parasti izmantots anoda materiāls. Grafītam ir priekšrocības ar augstu elektronisko vadītspēju, lielu litija jonu difūzijas koeficientu, nelielu tilpuma izmaiņu pirms un pēc litija ievietošanas, lielu litija ievietošanas jaudu un zemu litija ievietošanas potenciālu utt., Un tas ir kļuvis par pašreizējo galvenā komerciālā litija jonu akumulatora anoda materiālu . Ikviens zina, ka litija akumulators ir sekundāra baterija, kas darbojas" šūpuļkrēsls" stils. Ja litija joni bez zaudējumiem pārvietojas turp un atpakaļ starp grafīta negatīvo elektrodu un pozitīvā elektroda materiālu, tad tas būs ideālākais stāvoklis, bet fakts ir tāds, ka to ietekmē grafīta slānis. Litija baterijas lietošanas laikā pakāpeniski vājinās un pasliktināsies vairāku faktoru ietekmes dēļ, piemēram, formas struktūras, katoda materiāla kristāla struktūras, elektrolīta jonu vadītspējas un temperatūras ietekmē, līdz tā kļūst nederīga.

Kā ilgtermiņa riteņbraukšanas procesā mainīsies litija bateriju grafīta anoda morfoloģija un struktūra? Pozitīvā elektroda materiāls ir litija kobalta oksīds, un negatīvā elektroda materiāls ir grafīts. Pēc litija akumulatora sagatavošanas tam veic ilgtermiņa cikla testu un ņem paraugus noteikšanai un analīzei dažādos cikla mezglos.

1. Grafīta anoda morfoloģijas attīstība ilgtermiņa riteņbraukšanas laikā

Litija akumulatora cikla tests tika veikts 1000 nedēļas, attiecīgi nesamontēti (a), aktivizēti (b), 600 cikli (c), 700 cikli (d), 800 cikli (e), 900 cikli (f), 1000 cikli ( g) negatīvo stabu daļu analizē SEM, un rezultāts parādīts 1. attēlā:

1. attēls. Grafīta anoda SEM attēls pēc dažādiem cikliem (5000 reizes)

Var redzēt, ka nesamontēti, aktivēti vai pārstrādāti grafīta materiāli sastāv no daļiņām, sākot no simtiem nanometru līdz desmitiem mikrometru, un daļiņu izmēru sadalījums nav vienmērīgs, un palielinātajā attēlā nav atrodams grafīta materiāls. 5000 reizes. Izskats mainās. 50 000 reižu palielinātajā attēlā (2. attēls) nesamontētam grafītam ir tīra virsma, un tikai aktivētā grafīta virsma sāk rādīt plēvēm līdzīgas vielas, un šīs plēvei līdzīgās vielas uz grafīta virsmas pastāv arī nākamā lādiņa laikā un izlādes cikli. vielu. Pēc EDS testa un analīzes tika konstatēts, ka nesamontētajā grafīta elektrodā bija tikai C elements. Tomēr papildus C elementam grafīta elektrodā O elements parādījās tikai pēc aktivizācijas un dažādiem cikliem. Šis rezultāts parāda, ka tikai aktivētais un cikliskais grafīta elektrods rada O saturošu materiālu, kas pierāda, ka plēvveida materiāls ir SEI plēve.

2. attēls. Grafīta anoda SEM attēli pēc dažādiem cikliem (50 000 reizes)

2. Grafīta anoda struktūras attīstība ilgtermiņa riteņbraukšanas laikā

Iespējamās grafīta anoda izmaiņas ilgtermiņa riteņbraukšanas laikā galvenokārt atspoguļojas grafīta slāņa stiklā un slāņu atstarpes palielināšanās. XRD testi tika veikti nesamontētiem grafīta negatīviem elektrodiem pēc 600, 700, 800, 900 un 1000 cikliem, un rezultāti parādīti 3. attēlā. Saskaņā ar Bragg' vienādojumu un Scherrer' formulu starpslāņu atstarpi d002, var aprēķināt grafitizācijas pakāpi, graudu izmēru Lc un grafīta materiāla graudu lielumu La (002) kristāla plaknes virzienā.

3. attēls. Grafīta anoda XRD modeļi pēc dažādiem cikliem

4. attēlā parādīta d002 līkne un grafīta elektroda grafitizācijas pakāpe ar ciklu skaitu. Visu 1000 uzlādes-izlādes ciklu laikā grafīta elektrodu materiāla d002 un grafitizācijas pakāpe mainījās ļoti maz, bet d002 uzrādīja pieaugošu tendenci un grafitizācijas pakāpe samazinājās.

4. attēls. Grafīta d002 un grafitizācijas pakāpe mainās atkarībā no ciklu skaita

5. attēls ir grafīta elektroda materiāla kristāla graudu lieluma Lc un La grafiks kā ciklu skaita funkcija. Lc recirkulācijas procesā līdz 1000 reizēm parāda pakāpenisku samazināšanās tendenci, La nav acīmredzamu izmaiņu noteikuma, un tā vērtība svārstās 47 ~ 49 nm diapazonā

5. attēls. Grafīta graudu lielums Lc un La mainās atkarībā no ciklu skaita

Tika novērota grafīta negatīvā pola gabala morfoloģija ilgtermiņa riteņbraukšanas laikā, un rezultāts parādīts 6. attēlā. Aktivizētais negatīvā elektrīta elektrods ir labi savienots un virsmas stāvoklis ir normāls, bet elektroda materiāls pamazām parādās malā un grafīta negatīvā elektroda tinumu kroku pēc 100 un 1000 cikliem. Tā kā reakcijas aktivitāte grafīta malas galā ir augstāka nekā pamatplaknē, malas galā esošā sānu reakcija ir intensīvāka, tāpēc grafīta materiāls, visticamāk, nokristu. Visā ilgtermiņa uzlādes un izlādes ciklā grafīta materiāla Lc vērtība parāda samazināšanās tendenci, bet d002 - pieaugošu tendenci. Lc vērtība ir d002 un grafīta pārslu skaita reizinājums graudā, tāpēc grafīta pārslu skaits graudā uzrāda samazināšanās tendenci. Šādas strukturālas izmaiņas makroskopiski izpaužas kā grafīta materiāla izliešana.

6. attēls. Grafīta anoda digitālā fotogrāfija tikai pēc aktivizācijas, 100 cikli un 1000 cikli

Litija bateriju lietošanas laikā jaudas samazināšanās bieži notiek ātrāk, un grafīta anoda strukturālās izmaiņas ir viens no tā galvenajiem faktoriem. Mēs varam arī spriest par saprātīgu litija akumulatora darbības laiku, analizējot izmaiņas grafīta negatīvā elektroda struktūrā un morfoloģijā. Pārtrauciet to lietot, kad tas ir tuvu šim parametram, lai negatīvais elektrodu grafīts nenolobītu vara foliju un neradītu drošības apdraudējumu.