Dendrīta litija veidošanās mehānisms un novēršana

Forma:

Vienkāršāk sakot, dendrīta litijs nozīmē, ka grafītā iestrādātā litija saturs pārsniedz tā pielaidi, un litija jonu pārpalikums apvienosies ar elektroniem, kas izslēgti no negatīvā elektroda, un sāks nogulsnēties uz negatīvā elektroda virsmas. Akumulatora uzlādes procesā ārpuse piešķir spriegumu ārpusei, lai pozitīvā elektroda materiāla iekšpusē esošos litija jonus varētu ekstrahēt elektrolīta vidē. Līdzīgi litija joni elektrolītā pārvietosies uz oglekļa slāni ārējās sprieguma starpības apstākļos. Grafītam ir slāņveida kanāls, un litijs iekļūs kanālā, veidojot oglekļa-litija savienojumu ar oglekli, veidojot grafīta starpkalāciju savienojumu, piemēram, LiCx (x=1 ~ 6). Elektroķīmisko reakciju uz litija akumulatora negatīvo elektrodu var izteikt pēc šādas formulas:

Šajā formulā ir parametrs, kas ir, ja abi ir summēti, tiks ražots dendrīta litijs. Šeit ir visiem pazīstams jēdziens grafīta starpsienu savienojums. Grafīta starplamināri savienojumi (īsāk sakot, GIC) ir kristāliski savienojumi, kas izmanto fizikālas vai ķīmiskas metodes, lai starp grafīta slāņiem ievietotu reaģentus bez oglekļa un apvienotos ar oglekļa sešstūra tīkla plakni, vienlaikus saglabājot slāņveida grafīta struktūru.

Iespējas:

Dendrīta litijs parasti tiek nogulsnēts kontakta pozīcijā starp separatoru un negatīvo elektrodu. Studentiem, kuriem ir pieredze akumulatoru demontāžā, uz separatora bieži vajadzētu atrast pelēka materiāla slāni. Jā, tie ir litija nokrišņi. Dendrīta litijs ir litija metāls, kas veidojas pēc tam, kad litija joni saņem elektronus, un litija metāls vairs nevar veidot litija jonus, lai piedalītos akumulatora uzlādes un izlādes reakcijās, kā rezultātā samazinās akumulatora jauda. Dendrīta litijs aug no negatīvā elektroda virsmas uz separatora pusi. Ja litija metāls tiek nepārtraukti nogulsnēts, tas galu galā izdurs separatoru un izraisīs akumulatora īssavienojumu, izraisot akumulatora drošības problēmas.

Ietekmējošie faktori:

Galvenie faktori, kas ietekmē dendrīta litija veidošanos, ir šādi: negatīvā elektroda virsmas raupjums, litija jonu koncentrācijas gradients, strāvas blīvums utt. Turklāt SEI plēve, elektrolīta veids, izšķīdušās vielas koncentrācija un efektīvais attālums starp pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem visi ietekmē dendrītu Litija veidošanās ir noteikta ietekme.

1. Negatīvā elektroda virsmas raupjums

Negatīvā elektroda virsmas raupjums ietekmē dendrīta litija veidošanos. Jo virsma ir raupjāka, jo vairāk veicina dendrīta litija veidošanos. Dendrīta litija veidošanās ietver elektroķīmiju, kristalogrāfiju, termodinamiku un kinētiku. David R. Ely Rakstā ir detalizēts apraksts.

2. Litija jonu koncentrācijas gradients un sadalījums

Pēc litija jonu ekstrahēšanas no pozitīvā elektroda materiāla tie iziet cauri elektrolītam un separatoram un pieņem elektronus pie negatīvā elektroda. Uzlādes procesā pozitīvā elektroda litija jonu koncentrācija pakāpeniski palielinās, un negatīvā elektroda litija jonu koncentrācija samazinās nepārtrauktas elektronu pieņemšanas dēļ. Atšķaidītā šķīdumā ar lielu strāvas blīvumu jonu koncentrācija kļūs par 0. Pamatojoties uz to, Fleury et al. Ar Chazalvielu izveidotais modelis parāda, ka, samazinot jonu koncentrāciju līdz 0, negatīvais elektrods veidos lokālu kosmosa lādiņu un veidos dendrītu struktūru. Dendrīta struktūras augšanas ātrums ir tāds pats kā jonu migrācijas ātrums elektrolītā.

3. Strāvas blīvums

Rakstā Dendrite Growth in Lithium / Polymer Systems autors uzskata, ka dendrīta litija gala augšanas ātrums ir cieši saistīts ar pašreizējo blīvumu, kā parādīts šādā formulā:

Ja strāvas blīvums tiek samazināts, dendrīta litija augšanu var zināmā mērā aizkavēt, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā:

Kā izvairīties:

Dendrīta litija veidošanās mehānisms joprojām ir skaidrs, taču ir daudz litija metāla augšanas modeļu. Saskaņā ar dendrīta litija veidošanos un ietekmējošiem faktoriem no dendrīta litija veidošanās var izvairīties no šādiem aspektiem:

1). Kontrolējiet negatīvā elektroda materiāla virsmas līdzenumu.

2). Negatīvo elektrodu daļiņu izmēram jābūt mazākam par kritisko termodinamisko rādiusu.

3). Noregulējiet elektrodepozītu mitrumu.

4). Ierobežojiet apšuvuma potenciālu zem kritiskās vērtības. Turklāt var uzlabot tradicionālo uzlādes un izlādes mehānismu. Piemēram, var apsvērt impulsa metodi.

5). Pievienojiet elektrolītu piedevas, kas stabilizē elektroda un elektrolīta negatīvo saskarni

6). Šķidro elektrolītu nomainiet ar augstas stiprības želeju / cieto elektrolītu

7). Izveidojiet augstas stiprības litija anoda virsmas aizsargslāni

Visbeidzot, atstājiet divus jautājumus raksta beigās, lai visi tos apspriestu:

1). Kur notiek litija jonu elektroķīmiskā reakcija? Viens ir cietās fāzes masas pārnese pēc tam, kad litija jonu elektroķīmiskā reakcija uz grafīta virsmas sasniedz piesātinājumu. Otrais ir tas, ka litija joni migrē grafīta slāņos caur grafīta kristālītu graudu robežām un reaģē grafīta iekšienē.

2). Vai reakcija starp litija joniem un grafītu veido oglekļa-litija savienojumus un dendrīta litijs notiek vienlaikus vai secīgi?