Dendriitliitiumi moodustumise mehhanism ja ennetamine

Vorm:

Lihtsustatult öeldes tähendab dendriitliitium seda, et grafiiti sisse peidetud liitiumisisaldus ületab selle tolerantsi ning liitiumi ioonide liidud ühinevad negatiivse elektroodi eest väljutatud elektronidega ja hakkavad ladestuma negatiivse elektroodi pinnale. Aku laadimise käigus annab väljastpoolt pinge väljastpoolt, nii et positiivse elektroodi materjali sees olevad liitiumioonid saab ekstraheerida elektrolüüdikeskkonda. Samamoodi liiguvad elektrolüüdis olevad liitiumioonid välise pinge erinevuse korral süsinikukihti. Grafiidil on kihiline kanal ja liitium siseneb kanalisse, moodustades süsinik-liitiumühend koos süsinikuga, moodustades grafiidi interkalatsiooniühendi nagu LiCx (x=1 ~ 6). Elektrokeemilist reaktsiooni liitiumaku negatiivsel elektroodil saab väljendada järgmise valemiga:

Selles valemis on parameeter, mis on, kui need kaks summeeritaksetoodetakse dendriitliitiumi. Siin on kõigile tuttav kontseptsioon grafiidi interkalatsiooni ühend. Grafiidi kihtidevahelised ühendid (lühidalt GIC-d) on kristallilised ühendid, mis kasutavad füüsikalisi või keemilisi meetodeid süsinikuta reaktiivide sisestamiseks grafiitkihtide vahele ja ühinevad süsiniku kuusnurkse võrgutasandiga, säilitades samal ajal kihilise grafiidi struktuuri.

Funktsioonid:

Dendriitliitium ladestub tavaliselt separaatori ja negatiivse elektroodi kokkupuutepositsioonile. Õpilased, kellel on patareide lahtivõtmise kogemus, peaksid separaatorilt sageli leidma kihi halli materjali. Jah, see on liitium sademed. Dendriitliitium on liitiummetall, mis moodustub pärast seda, kui liitiumioonid saavad elektrone, ja liitiummetall ei saa enam moodustada liitiumioone, et osaleda aku laadimis- ja tühjenemisreaktsioonides, mille tulemusel väheneb aku mahtuvus. Dendriitliitium kasvab negatiivse elektroodi pinnalt separaatori suunas. Kui liitiummetalli ladestub pidevalt, läbistab see lõpuks separaatori ja põhjustab akus lühise, põhjustades aku ohutusprobleeme.

Mõjutavad tegurid:

Dendriitliitiumi moodustumist mõjutavad peamised tegurid on: negatiivse elektroodi pinna karedus, liitiumioonide kontsentratsiooni gradient, voolutihedus jne. Lisaks on SEI-kile, elektrolüüdi tüüp, soluudi kontsentratsioon ja efektiivne kaugus positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel mõjutavad kõik dendriiti Liitiumi moodustumisel on teatud mõju.

1. Negatiivse elektroodi pinna karedus

Negatiivse elektroodi pinna karedus mõjutab dendriitliitiumi moodustumist. Mida karedam pind, seda soodsam on dendriitliitiumi moodustumine. Dendriitliitiumi moodustumine hõlmab elektrokeemiat, kristallograafiat, termodünaamikat ja kineetikat. David R. Ely Artiklis on üksikasjalik kirjeldus.

2. Liitiumioonide kontsentratsiooni gradient ja jaotus

Pärast liitiumioonide ekstraheerimist positiivsest elektroodimaterjalist läbivad nad elektrolüüdi ja separaatori ning aktsepteerivad negatiivse elektroodi juures olevaid elektrone. Laadimisprotsessi käigus suureneb positiivse elektroodi liitiumioonide kontsentratsioon järk-järgult ja negatiivse elektroodi liitiumioonide kontsentratsioon väheneb elektronide pideva vastuvõtmise tõttu. Suure voolutihedusega lahjendatud lahuses saab iooni kontsentratsiooniks 0. Selle põhjal on Fleury jt. Chazalvieliga loodud mudel näitab, et kui iooni kontsentratsioon vähendatakse 0-ni, moodustab negatiivne elektrood kohaliku ruumilaengu ja moodustab dendriitstruktuuri. Dendriitstruktuuri kasvukiirus on sama kui ioonide migratsioonikiirus elektrolüüdis.

3. Voolutihedus

Artiklis Dendrite Growth in Lithium / Polymer Systems usub autor, et dendriitliitiumi otsakasvu määr on tihedalt seotud voolutihedusega, nagu on näidatud järgmises valemis:

Kui voolutihedust vähendatakse, võib dendriitliitiumi kasvu teatud määral edasi lükata, nagu on näidatud alloleval joonisel:

Kuidas vältida:

Dendriitliitiumi moodustumise mehhanism on endiselt selge, kuid liitiummetalli kasvumudeleid on palju. Dendriitliitiumi moodustumise ja mõjutegurite järgi saab dendriitliitiumi teket vältida järgmistest aspektidest:

1). Kontrollige negatiivse elektroodi materjali pinna tasasust.

2). Negatiivsete elektroodiosakeste suurus peaks olema väiksem kui kriitiline termodünaamiline raadius.

3). Reguleerige elektrisadestuste märguvust.

4). Piirake katte potentsiaal alla kriitilise väärtuse. Lisaks saab parandada traditsioonilist laadimis- ja tühjendusmehhanismi. Näiteks võib kaaluda pulsimeetodit.

5). Lisage elektrolüüdi lisandid, mis stabiliseerivad elektroodi ja elektrolüüdi negatiivse liidese

6). Vedel elektrolüüt asendatakse ülitugeva geeli / tahke elektrolüüdiga

7). Pange ülitugev liitiumanoodi pinna kaitsekiht

Lõpuks jätke artikli lõppu kõigile arutamiseks kaks küsimust:

1). Kus toimub liitiumioonide elektrokeemiline reaktsioon? Üks on tahke faasi massiülekanne pärast seda, kui liitiumioonide elektrokeemiline reaktsioon grafiidi pinnal jõuab küllastumiseni. Teine on see, et liitiumioonid migreeruvad grafiitkihtidesse läbi grafiitkristalliitide terade piiride ja reageerivad grafiidi sees.

2). Kas liitiumioonide ja grafiidi vaheline reaktsioon moodustab liitium-süsinikühendeid ja dendriitliitium toimub samaaegselt või järjestikku?