Príomh-Mheicníocht agus Frithbhearta Méadú Leictreoid Dhiúltach Ceallraí ian Litiam

Dul chun cinn taighde ar mheicníocht tanúcháin leictreoid dhiúltaigh:

Is iad ábhair charbóin, go háirithe ábhair ghraifít, na hábhair anóide is mó a úsáidtear i gcadhnraí litiam-ian. Cé go bhfuil staidéar fairsing á dhéanamh ar ábhair leictreoid dhiúltacha eile, mar ábhair chóimhiotail, ábhair chrua-charbóin, srl., Díríonn an taighde go príomha ar rialú moirfeolaíochta agus feabhsú feidhmíochta ábhair ghníomhacha, agus is beag anailís a dhéantar ar mheicníocht a chumais. lobhadh. Dá bhrí sin, baineann an chuid is mó den taighde ar mheicníocht tanúcháin an leictreoid dhiúltaigh le meicníocht tanúcháin ábhair ghraifít. Cuimsíonn maolú acmhainn na ceallraí tanú le linn stórála agus úsáide. Is gnách go mbíonn baint ag tanú le linn na stórála le hathruithe ar pharaiméadair feidhmíochta leictriceimiceach (impedance, etc.). Chomh maith le hathruithe ar fheidhmíocht leictriceimiceach, tá athruithe ar strus meicniúil mar struchtúr agus éabhlóid litiam ag gabháil leis. Agus feiniméin eile.

1.1 Athrú ar chomhéadan diúltach leictreoid / leictrilít

Maidir le cadhnraí litiam-ian, aithnítear athrú an chomhéadain leictreoid / leictrilít mar cheann de na príomhchúiseanna le maolú an leictreoid dhiúltaigh. Le linn na cadhnraí litiam a mhuirearú i dtosach, laghdaítear an leictrilít ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh chun scannán pasáiste cosanta seasmhach a chruthú (scannán SEI go gairid). Le linn cadhnraí litiam-ian a stóráil agus a úsáid ina dhiaidh sin, féadfaidh an comhéadan diúltach leictreoid / leictrilít athrú, rud a fhágfaidh go ndéanfar a fheidhmíocht a dhíghrádú.

1.1.1 Tiús an scannáin SEI / athrú ar a chomhdhéanamh

Baineann an laghdú de réir a chéile ar fheidhmíocht chumhachta na ceallraí le linn úsáide leis an méadú ar impedance leictreoid. Is é is cúis leis an méadú ar impedance leictreoid go príomha ná ramhrú an scannáin SEI agus na hathruithe ar chomhdhéanamh agus ar struchtúr.

Mar gheall ar dhifríochtaí agus teorainneacha i modhanna tréithrithe agus coinníollacha tástála, níl torthaí institiúidí taighde éagsúla mar an gcéanna, mar sin tá sé deacair comhdhéanamh sonrach an scannáin SEI a chinneadh. De réir tuairiscí roimhe seo, cuimsíonn comhdhéanamh scannán SEI go príomha dhá chineál comhdhúile neamhorgánacha (Li2CO3, LiF) agus orgánacha [(CH2OCO2Li) 2, ROCO2Li, ROLi]. Le linn úsáide nó stórála, níl comhdhéanamh agus tiús an scannáin SEI statach.

Ós rud é nach bhfuil feidhm ag an membrane SEI fíor-leictrilít sholadach, is féidir leis na hiain litiam tuaslagtha dul ar imirce tríd an membrane SEI trí chaidrimh, ainíní, eisíontais agus tuaslagóirí leictrilít eile. Dá bhrí sin, sa tréimhse níos déanaí de rothaíocht nó stóráil fadtéarmach, beidh an leictrilít fós ag dianscaoileadh agus ag freagairt ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh, agus mar thoradh air sin beidh an scannán SEI ramhrú. Ag an am céanna, toisc go raibh an leictreoid dhiúltach ag leathnú agus ag crapadh le linn na timthrialla, brisfear an scannán dromchla SEI, ag cruthú comhéadan nua, agus leanfaidh an comhéadan nua ag freagairt le móilíní tuaslagóra agus iain litiam go scannán SEI a fhoirmiú. Le dul chun cinn an imoibrithe dromchla thuasluaite, cruthaítear ciseal dromchla támh leictriceimiceach ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh, ionas go mbeidh cuid den ábhar leictreoid dhiúltach scoite amach agus díghníomhachtaithe ón leictreoid iomlán. Cailliúint cumais is cúis leis. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, tar éis rothaíocht fhadtéarmach, tá an scannán SEI ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh i bhfad níos tiúsaí.

Fíor 1. Scanadh micreagraf leictreon de dhromchla diúltach leictreoid tar éis rothaíocht fhadtéarmach

Tá comhdhéanamh an scannáin SEI éagobhsaí go teirmidinimiciúil, agus tarlóidh athruithe dinimiciúla díscaoilte agus athlonnaithe go leanúnach sa chóras ceallraí. Cuirfidh scannán SEI dlús le díscaoileadh agus athghiniúint an scannáin faoi dhálaí áirithe (teocht ard, HF, eisíontais miotail sa scannán, srl.), Agus caillfidh sé acmhainn na ceallraí. Go háirithe faoi dhálaí ardteochta, déantar na comhpháirteanna orgánacha (carbónáit ailcile litiam, srl.) Sa scannán SEI a thiontú ina gcomhpháirteanna neamhorgánacha níos cobhsaí (Li2CO3, LiF), agus mar thoradh air sin tá laghdú ar sheoltacht ianach an scannáin SEI. Scaipeann na hiain mhiotail a scriosadh ón leictreoid dhearfach go dtí an leictreoid dhiúltach tríd an leictrilít, agus déantar iad a laghdú agus a thaisceadh ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh. Catalaíonn na taiscí miotail eiliminteacha dianscaoileadh an leictrilít, rud a mhéadaíonn go mór friotaíocht an leictreoid dhiúltaigh agus ar deireadh thiar maolaítear acmhainn na ceallraí. Trí bhreiseáin ardteochta nó salainn litiam nua a chur leis chun cobhsaíocht an scannáin SEI a fheabhsú, is féidir saol seirbhíse an ábhair leictreoid dhiúltaigh a fhadú, agus is féidir an fheidhmíocht a fheabhsú.

Fuair ​​staidéir amach go bhfuil feidhmíocht stórála éagsúil ag cineálacha éagsúla ábhar graifíte, agus gur fearr feidhmíocht stórála graifít shaorga ag teochtaí arda ná feidhmíocht ghraifít nádúrtha. Le méadú ar an am stórála. Tá an t-ábhar litiam i ngraifít shaorga seasmhach go bunúsach, ach léiríonn an t-ábhar litiam i ngraifít nádúrtha meath líneach. Trí scanadh a dhéanamh ar mhicreascópacht leictreon (SEM) agus anailís torthaí tástála speictreascópachta infridhearg (FTIR) Fourier, le linn stórála ardteochta, méadaíonn ábhar Li2CO3 agus LiOCOOR ar dhromchla graifít nádúrtha go mór le síneadh an ama stórála. Is é is cúis leis an méadú ar thiús an scannáin SEI go príomha ná imoibriú taobh an leictrilít ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh. Tá struchtúr dromchla an ghraifít shaorga agus mhoirfeolaíocht scannán SEI gan athrú go bunúsach.

Ina theannta sin, nuair a dhéantar é a mhuirearú agus a stóráil go hiomlán ar feadh tréimhse áirithe ama faoi choinníoll níos ísle ná 40 ℃, cé go bhfuil ráta féin-urscaoilte níos airde ag an ábhar leictreoid dhiúltach a bhfuil achar dromchla sonrach ard aige, ráta fáis an scannáin SEI in aghaidh an aonaid tá achar de chineálacha éagsúla ábhar leictreoid dhiúltach cosúil. Tá an treocht lobhadh cosúil. Ag teocht níos airde (60 ° C), áfach, tá ráta ramhraithe an scannáin SEI graifíte nádúrtha a bhfuil achar dromchla sonrach cosúil leis i bhfad níos airde ná ráta an ghraifít shaorga.

1.1.2 Dianscaoileadh agus sil-leagan leictrilít

Cuimsíonn laghdú leictrilít laghdú tuaslagóra, laghdú leictrilít, agus laghdú eisíontas. Is gnách go mbíonn ocsaigin, uisce agus dé-ocsaíd charbóin san áireamh sna neamhíonachtaí sa leictrilít. Le linn phróiseas luchtaithe agus urscaoilte na ceallraí, dianscaoileann an leictrilít ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh, agus cuimsíonn a phríomhtháirgí carbónáit litiam agus fluairíd. De réir mar a mhéadaíonn líon na dtimthriallta, méadaíonn na táirgí dianscaoilte de réir a chéile. Clúdaíonn na táirgí seo dromchla an leictreoid dhiúltaigh agus cuireann siad bac ar dhí-ídiú ian litiam, agus mar thoradh air sin tá méadú ar impedance an leictreoid dhiúltaigh.

1.1.3 Anailís litiam

Ós rud é go bhfuil acmhainneacht idirchaidrimh na n-ábhar graifíte gar don acmhainneacht litiam, a luaithe a dhéantar siliam miotalach a thaisceadh nó fás dendrítí litiam le linn an phróisis luchtaithe, luasóidh imoibriú litiam leis an leictrilít ina dhiaidh sin díghrádú feidhmíochta ceallraí, agus an Éabhlóid litiam mór-limistéir a bheidh ina chúis le ciorcad gearr inmheánach na ceallraí agus le rith chun srutha theirmeach. Muirearú teocht íseal, farasbarr íseal leictreoid dhiúltach na ceallraí i gcoibhneas leis an leictreoid dhearfach, méid an leictreoid neamh-chomhoiriúnach (clúdaíonn imeall an leictreoid dhearfaigh an leictreoid dhiúltach), agus éifeachtaí féideartha (céim pholaraithe áitiúil éagsúil, tiús an leictreoid agus éifeachtaí bradaíochta (b) méadaíonn siad uile an riosca maidir le héabhlóid litiam.

Beidh tionchar ag méid an neamhord laistigh den ábhar graifíte agus míchothromacht an dáilte reatha ar éabhlóid litiam ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh. Sa tríú agus sa cheathrú céim de chur isteach litiam graifíte, bíonn dáileadh míchothrom muirir san leictreoid ina chúis le neamhord an ábhair, agus táirgeadh taiscí dendritic mar thoradh air. Tá dlúthbhaint ag fás na taisce idir an deighilteoir agus an leictreoid dhiúltach le teocht agus dlús reatha. De réir mar a mhéadaíonn an teocht, méadaíonn an ráta luchtaithe agus luasghéaraíonn an ráta imoibrithe, agus taisctear litiam miotalach ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh. Is féidir an ardchlár voltais i gcuar urscaoilte na ceallraí agus an laghdú ar éifeachtúlacht Coulomb a úsáid chun a fháil amach an bhfuil éabhlóid litiam ag an gceallraí.

Is é atá sa taighde reatha go príomha ná feidhmíocht an leictreoid dhiúltaigh a fheabhsú ó na gnéithe a bhaineann le feabhas a chur ar an gcóras leictreoid dhiúltach agus an córas leictrilít ina bhfuil breiseáin a bharrfheabhsú chun éabhlóid litiam san leictreoid dhiúltach a chosc. Feabhsaíonn sciath Sn agus carbón ar dhromchla an ghraifít feidhmíocht rothaíochta leictriceimiceach an leictreoid dhiúltaigh. Féadann sn ar dhromchla an ghraifít friotaíocht inmheánach an scannáin SEI agus polaraíocht an leictreoid a laghdú ag teochtaí ísle. Ina theannta sin, is féidir an fheidhmíocht a fheabhsú trí dhromchla an ábhair leictreoid dhiúltaigh a fheabhsú. Féadann graifít ocsaídiúcháin san aer an t-achar dromchla agus suíomhanna gníomhacha imeall a mhéadú, na pores a mhéadú agus méid na gcáithníní a laghdú, agus ar an gcaoi sin éabhlóid litiam a tharlaíonn de bharr dáileadh muirir míchothrom a laghdú. Féadann AsF6 cobhsaíocht an leictreoid dhiúltaigh a fheabhsú ag teochtaí arda, bac a chur ar tháirgeadh litiam miotalach agus dianscaoileadh LiPF6. Ina theannta sin, is féidir leis an rolladh meicniúil i gcéim ullmhúcháin an phíosa cuaille dhiúltaigh méid na pore a laghdú, míchothromaíocht an dáilte muirir a laghdú, agus acmhainn inchúlaithe na ceallraí a mhéadú.

1.2 Athruithe ar ábhar gníomhach leictreoid dhiúltach

Sa phróiseas meath de réir a chéile ar fheidhmíocht ceallraí, déantar struchtúr ordaithe an ghraifít a scriosadh de réir a chéile. Rothaítear cadhnraí litiam ag rátaí arda. Mar gheall ar ghrádán tiúchan ian litiam, gintear réimse struis mheicniúil taobh istigh den ábhar, a athraíonn laitíse an leictreoid dhiúltaigh, agus de réir a chéile déantar neamhshuim de struchtúr bileog tosaigh an leictreoid dhiúltaigh. Ní hé athruithe struchtúracha an chúis is mó le meath ar fheidhmíocht ceallraí. Is féidir meath a chur in iúl mar athruithe ar éabhlóid litiam nó scannán SEI, ach le linn an phróisis seo, ní thiocfaidh athrú suntasach ar mhéid na gcáithníní agus tairiseach laitíse an leictreoid dhiúltaigh.

Tá baint ag cumas inchúlaithe na gcáithníní graifíte lena dtreoshuíomh agus lena gcineál. Mar shampla, is féidir an t-imoibriú ian litiam / leictrilít a tharlú mar gheall ar chomhéadan nua a bheith ann idir cáithníní neamhoirdithe, tá sé níos deacra iain litiam a chur isteach, agus tá cumas inchúlaithe na gcáithníní graifíte neamhoirdithe níos ísle. I gcomparáid le cáithníní sféarúla, tá cumas sonrach níos airde ag graifít flake ag formhéadú ard. Cé nach n-athraíonn struchtúr an leictreoid dhiúltaigh le linn an phróisis lobhadh, athróidh cóimheas an struchtúir rhomboid / an struchtúir heicseagánaigh. Laghdóidh méadú an struchtúir heicseagánaigh éifeachtúlacht Faraday sa chéad agus sa tríú céim de chur isteach ian litiam, agus ar an gcaoi sin laghdófar acmhainn inchúlaithe an leictreoid dhiúltaigh. Dá bhrí sin, is féidir an acmhainn inchúlaithe a mhéadú trí chóimheas an struchtúir rhombic / an struchtúir heicseagánaigh a mhéadú.

1.3 Athruithe ar an leictreoid dhiúltach

Bíonn tionchar níos mó ag méid na gcáithníní san ábhar graifíte ar fheidhmíocht an leictreoid dhiúltaigh. Féadann ábhair cháithníní beaga an cosán idirleathadh idir ábhair ghraifít a ghiorrú, rud a chabhródh le muirear agus urscaoileadh ardráta. Mar sin féin, tá achar dromchla sonrach níos mó ag an ábhar beag de mhéid na gcáithníní, agus íosfaidh sé níos mó ian litiam ag teochtaí arda, agus mar thoradh air sin beidh méadú ar chumas dochúlaithe an leictreoid dhiúltaigh. Dá bhrí sin, baineann cobhsaíocht theirmeach an anóid graifíte go príomha le méid na gcáithníní san ábhar graifíte.

Tá gaol áirithe ag porosity an phíosa cuaille graifíte le cumas inchúlaithe an leictreoid dhiúltaigh. De réir mar a mhéadaíonn an tsaothrú, méadaíonn an limistéar teagmhála idir graifít agus an leictrilít, agus méadaíonn imoibriú an chomhéadain, agus laghdaítear an acmhainn inchúlaithe dá bharr. Le linn luchtaithe agus urscaoilte fadtéarmach na ceallraí, bíonn tionchar ag dlús comhbhrú an leictreoid ghraifít ar dhíghrádú fheidhmíocht na ceallraí. Féadann dlús ard comhbhrúite porosity an leictreoid a laghdú, limistéar teagmhála an ghraifít agus an leictrilít a laghdú, agus ansin an acmhainn inchúlaithe a mhéadú. Thairis sin, ag teocht níos airde ná 120 ° C, mar gheall ar dhianscaoileadh teirmeach an scannáin SEI chun gás a tháirgeadh, ginfidh an t-ábhar leictreoid dhiúltach comhbhrúite níos mó teasa.

i gcrích:

Cuimsíonn lobhadh diúltach leictreoid cadhnraí ian litiam roinnt meicníochtaí díghrádaithe. Ina measc, is é litiam an príomhfhachtóir as a dtiocfaidh díghrádú tapa ar shaol na ceallraí. Mar thoradh ar dhianscaoileadh an leictrilít agus foirmiú scannáin ina dhiaidh sin ar dhromchla an leictreoid dhiúltaigh tá méadú ar fhriotaíocht inmheánach na ceallraí agus laghdú ar an méid litiam in-athchúrsáilte. Níl mórán éifeacht ag an meicníocht thuas ar struchtúr criostail an leictreoid dhiúltaigh. Féadann bearta ar nós an córas leictrilít a bharrfheabhsú, cobhsaitheoirí a chur leis agus cóireáil teochta tarlú na n-imoibrithe seo a laghdú agus feidhmíocht an ábhair leictreoid dhiúltaigh a fheabhsú.