லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பேட்டரி ஏன் தோல்வியடைகிறது?

லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பேட்டரிகளின் தோல்விக்கான காரணம் அல்லது பொறிமுறையைப் புரிந்துகொள்வது பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கும் அதன் பெரிய அளவிலான உற்பத்தி மற்றும் பயன்பாட்டிற்கும் மிகவும் முக்கியமானது. அசுத்தங்கள், உருவாக்கும் முறைகள், சேமிப்பக நிலைகள், மறுசுழற்சி, அதிக கட்டணம் மற்றும் பேட்டரி செயலிழப்பில் அதிக வெளியேற்றம் ஆகியவற்றின் விளைவுகள் பற்றி இந்தக் கட்டுரை விவாதிக்கிறது.

1. உற்பத்தி செயல்பாட்டில் தோல்வி

உற்பத்தி செயல்பாட்டில், பணியாளர்கள், உபகரணங்கள், மூலப்பொருட்கள், முறைகள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் ஆகியவை தயாரிப்பு தரத்தை பாதிக்கும் முக்கிய காரணிகளாகும். LiFePO4 பவர் பேட்டரிகளின் உற்பத்தி செயல்பாட்டில், பணியாளர்கள் மற்றும் உபகரணங்கள் நிர்வாகத்தின் நோக்கத்தைச் சேர்ந்தவை, எனவே நாங்கள் முக்கியமாக கடைசி மூன்று விளைவு காரணிகளைப் பற்றி விவாதிக்கிறோம்.

செயலில் உள்ள எலக்ட்ரோடு பொருளில் உள்ள தூய்மையற்ற தன்மை பேட்டரியின் தோல்வியை ஏற்படுத்துகிறது.

LiFePO4 இன் தொகுப்பின் போது, ​​Fe2O3 மற்றும் Fe போன்ற சிறிய அளவிலான அசுத்தங்கள் இருக்கும். எதிர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் இந்த அசுத்தங்கள் குறைக்கப்படும் மற்றும் உதரவிதானத்தைத் துளைத்து உள் குறுகிய சுற்றுக்கு காரணமாக இருக்கலாம். LiFePO4 நீண்ட நேரம் காற்றில் வெளிப்படும் போது, ​​ஈரப்பதம் பேட்டரியை மோசமாக்கும். வயதான ஆரம்ப கட்டத்தில், பொருளின் மேற்பரப்பில் உருவமற்ற இரும்பு பாஸ்பேட் உருவாகிறது. அதன் உள்ளூர் கலவை மற்றும் அமைப்பு LiFePO4(OH) போன்றது; OH இன் செருகலுடன், LiFePO4 தொடர்ந்து உட்கொள்ளப்படுகிறது, அளவு அதிகரிப்பதாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது; பின்னர் LiFePO4(OH) உருவாக்க மெதுவாக மறுபடிகமாக்கப்பட்டது. LiFePO3 இல் உள்ள Li4PO4 அசுத்தமானது மின்வேதியியல் ரீதியாக செயலற்றது. கிராஃபைட் அனோடின் அதிக தூய்மையற்ற உள்ளடக்கம், மீளமுடியாத திறன் இழப்பு அதிகமாகும்.

உருவாக்கும் முறையால் ஏற்படும் பேட்டரியின் தோல்வி

செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் மீளமுடியாத இழப்பு, திடமான எலக்ட்ரோலைட் இடைமுக சவ்வை உருவாக்கும் போது நுகரப்படும் லித்தியம் அயனிகளில் முதலில் பிரதிபலிக்கிறது. உருவாக்க வெப்பநிலையை அதிகரிப்பது லித்தியம் அயனிகளின் மீளமுடியாத இழப்பை ஏற்படுத்தும் என்று ஆய்வுகள் கண்டறிந்துள்ளன. உருவாக்க வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது, ​​SEI படத்தில் உள்ள கனிம கூறுகளின் விகிதம் அதிகரிக்கும். கரிமப் பகுதியான ROCO2Li இலிருந்து Li2CO3 என்ற கனிமக் கூறுகளாக மாறும்போது வெளியாகும் வாயு SEI படத்தில் அதிக குறைபாடுகளை ஏற்படுத்தும். இந்த குறைபாடுகளால் தீர்க்கப்படும் ஏராளமான லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் உட்பொதிக்கப்படும்.

உருவாக்கத்தின் போது, ​​குறைந்த மின்னோட்ட சார்ஜிங்கால் உருவாக்கப்பட்ட SEI படத்தின் கலவை மற்றும் தடிமன் சீரானது ஆனால் நேரத்தை எடுத்துக்கொள்ளும்; அதிக மின்னோட்ட சார்ஜிங் அதிக பக்கவிளைவுகளை ஏற்படுத்தும், இதன் விளைவாக மீளமுடியாத லித்தியம்-அயன் இழப்பு அதிகரிக்கிறது மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை இடைமுக மின்மறுப்பும் அதிகரிக்கும், ஆனால் இது நேரத்தை மிச்சப்படுத்துகிறது. நேரம்; இப்போதெல்லாம், சிறிய மின்னோட்டம் நிலையான மின்னோட்டம்-பெரிய மின்னோட்டம் நிலையான மின்னோட்டம் மற்றும் நிலையான மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றின் உருவாக்கம் முறை அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதனால் இரண்டின் நன்மைகளையும் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள முடியும்.

உற்பத்தி சூழலில் ஈரப்பதத்தால் ஏற்படும் பேட்டரி செயலிழப்பு

உண்மையான உற்பத்தியில், பேட்டரி தவிர்க்க முடியாமல் காற்றைத் தொடர்பு கொள்ளும், ஏனெனில் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை பொருட்கள் பெரும்பாலும் மைக்ரான் அல்லது நானோ அளவிலான துகள்கள் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள கரைப்பான் மூலக்கூறுகள் பெரிய எலக்ட்ரோநெக்டிவ் கார்போனைல் குழுக்கள் மற்றும் மெட்டாஸ்டேபிள் கார்பன்-கார்பன் இரட்டைப் பிணைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. அனைத்தும் காற்றில் உள்ள ஈரப்பதத்தை எளிதில் உறிஞ்சிவிடும்.

எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள லித்தியம் உப்புடன் (குறிப்பாக LiPF6) நீர் மூலக்கூறுகள் வினைபுரிகின்றன, இது எலக்ட்ரோலைட்டை சிதைத்து நுகருகிறது (பிஎஃப்5 உருவாக சிதைகிறது) மற்றும் அமிலப் பொருளை HF உற்பத்தி செய்கிறது. PF5 மற்றும் HF இரண்டும் SEI படத்தை அழித்துவிடும், மேலும் HF ஆனது LiFePO4 செயலில் உள்ள பொருளின் அரிப்பை ஊக்குவிக்கும். நீர் மூலக்கூறுகள் லித்தியம்-இன்டர்கலேட்டட் கிராஃபைட் எதிர்மறை மின்முனையையும் சிதைத்து, SEI படத்தின் அடிப்பகுதியில் லித்தியம் ஹைட்ராக்சைடை உருவாக்கும். கூடுதலாக, எலக்ட்ரோலைட்டில் கரைந்த O2 வயதானதை துரிதப்படுத்தும் LiFePO4 பேட்டரிகள்.

உற்பத்தி செயல்பாட்டில், பேட்டரி செயல்திறனை பாதிக்கும் உற்பத்தி செயல்முறைக்கு கூடுதலாக, LiFePO4 பவர் பேட்டரியின் தோல்வியை ஏற்படுத்தும் முக்கிய காரணிகள் மூலப்பொருட்களில் உள்ள அசுத்தங்கள் (தண்ணீர் உட்பட) மற்றும் உருவாக்கும் செயல்முறை ஆகியவை அடங்கும், எனவே தூய்மை பொருள், சுற்றுச்சூழல் ஈரப்பதத்தின் கட்டுப்பாடு, உருவாக்கும் முறை, முதலியன காரணிகள் முக்கியமானவை.

2. அலமாரியில் தோல்வி

பவர் பேட்டரியின் சேவை வாழ்க்கையின் போது, ​​அதன் பெரும்பாலான நேரம் அலமாரியில் இருக்கும். பொதுவாக, நீண்ட அலமாரி நேரத்திற்குப் பிறகு, பேட்டரி செயல்திறன் குறையும், பொதுவாக உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பு, மின்னழுத்தம் குறைதல் மற்றும் வெளியேற்றும் திறன் குறைதல் ஆகியவற்றைக் காட்டுகிறது. பல காரணிகள் பேட்டரி செயல்திறனின் சீரழிவை ஏற்படுத்துகின்றன, அவற்றில் வெப்பநிலை, சார்ஜ் நிலை மற்றும் நேரம் ஆகியவை மிகவும் வெளிப்படையான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும் காரணிகளாகும்.

காசெம் மற்றும் பலர். வெவ்வேறு சேமிப்பக நிலைமைகளின் கீழ் LiFePO4 ஆற்றல் பேட்டரிகளின் வயதானதை பகுப்பாய்வு செய்தது. வயதான பொறிமுறையானது முக்கியமாக நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளின் பக்க எதிர்வினை என்று அவர்கள் நம்பினர். எலக்ட்ரோலைட் (நேர்மறை மின்முனையின் பக்க எதிர்வினையுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் பக்க எதிர்வினை கனமானது, முக்கியமாக கரைப்பானால் ஏற்படுகிறது. சிதைவு, SEI படத்தின் வளர்ச்சி) செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளை உட்கொள்கிறது. அதே நேரத்தில், பேட்டரியின் மொத்த மின்மறுப்பு அதிகரிக்கிறது, செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு பேட்டரியின் வயதானதற்கு வழிவகுக்கிறது. LiFePO4 மின்கலங்களின் திறன் இழப்பு சேமிப்பக வெப்பநிலையின் அதிகரிப்புடன் அதிகரிக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, சார்ஜின் சேமிப்பு நிலை அதிகரிக்கும் போது, ​​திறன் இழப்பு மிகவும் சிறியதாக இருக்கும்.

Grolleau மற்றும் பலர். அதே முடிவையும் எட்டியது: சேமிப்பக வெப்பநிலை LiFePO4 மின்கலங்களின் வயதானதில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, அதைத் தொடர்ந்து சார்ஜ் நிலை மற்றும் ஒரு எளிய மாதிரி முன்மொழியப்பட்டது. சேமிப்பக நேரம் (வெப்பநிலை மற்றும் சார்ஜ் நிலை) தொடர்பான காரணிகளின் அடிப்படையில் LiFePO4 பவர் பேட்டரியின் திறன் இழப்பை இது கணிக்க முடியும். ஒரு குறிப்பிட்ட SOC நிலையில், அடுக்கு நேரம் அதிகரிக்கும் போது, ​​கிராஃபைட்டில் உள்ள லித்தியம் விளிம்பில் பரவி, எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் எலக்ட்ரான்களுடன் ஒரு சிக்கலான கலவையை உருவாக்குகிறது, இதன் விளைவாக மீளமுடியாத லித்தியம் அயனிகளின் விகிதத்தில் அதிகரிப்பு, SEI தடித்தல், மற்றும் கடத்துத்திறன். குறைவதால் ஏற்படும் மின்மறுப்பு அதிகரிப்பு (கனிமக் கூறுகள் அதிகரிக்கும், சிலவற்றை மீண்டும் கரைக்கும் வாய்ப்பு உள்ளது) மற்றும் மின்முனையின் மேற்பரப்பின் செயல்பாடு குறைதல் ஆகியவை இணைந்து பேட்டரியின் வயதை ஏற்படுத்துகின்றன.

சார்ஜிங் நிலை அல்லது டிஸ்சார்ஜிங் நிலை எதுவாக இருந்தாலும், அறை வெப்பநிலையில் இருந்து 4 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான வெப்பநிலை வரம்பில் LiFePO4 மற்றும் வெவ்வேறு எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு (எலக்ட்ரோலைட் LiBF6, LiAsF6 அல்லது LiPF85) இடையே எந்த எதிர்வினையும் இல்லை. இருப்பினும், LiFePO4 நீண்ட நேரம் LiPF6 இன் எலக்ட்ரோலைட்டில் மூழ்கியிருக்கும் போது, ​​அது குறிப்பிட்ட வினைத்திறனை வெளிப்படுத்தும். இடைமுகத்தை உருவாக்குவதற்கான எதிர்வினை நீடித்திருப்பதால், LiFePO4 இன் மேற்பரப்பில் ஒரு மாதம் மூழ்கிய பிறகு எலக்ட்ரோலைட்டுடன் மேலும் எதிர்வினையைத் தடுக்கும் எந்த செயலற்ற படமும் இல்லை.

அடுக்கு நிலையில், மோசமான சேமிப்பு நிலைகள் (அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அதிக சார்ஜ் நிலை) LiFePO4 பவர் பேட்டரியின் சுய-வெளியேற்றத்தின் அளவை அதிகரிக்கும், இதனால் பேட்டரி வயதானதை மிகவும் தெளிவாக்குகிறது.

3. மறுசுழற்சி செய்வதில் தோல்வி

பேட்டரிகள் பொதுவாக பயன்படுத்தும் போது வெப்பத்தை வெளியிடுகின்றன, எனவே வெப்பநிலையின் தாக்கம் குறிப்பிடத்தக்கது. கூடுதலாக, சாலை நிலைமைகள், பயன்பாடு மற்றும் சுற்றுப்புற வெப்பநிலை அனைத்தும் வெவ்வேறு விளைவுகளை ஏற்படுத்தும்.

செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு பொதுவாக சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது LiFePO4 மின்கலங்களின் திறன் இழப்பை ஏற்படுத்துகிறது. துபாரி மற்றும் பலர். சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது LiFePO4 மின்கலங்களின் வயதானது முக்கியமாக செயல்பாட்டு லித்தியம்-அயன் SEI படத்தைப் பயன்படுத்தும் சிக்கலான வளர்ச்சி செயல்முறையின் காரணமாகும். இந்த செயல்பாட்டில், செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு நேரடியாக பேட்டரி திறன் தக்கவைப்பு விகிதத்தை குறைக்கிறது; SEI படத்தின் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சி, ஒருபுறம், பேட்டரியின் துருவமுனைப்பு எதிர்ப்பின் அதிகரிப்புக்கு காரணமாகிறது. அதே நேரத்தில், SEI படத்தின் தடிமன் மிகவும் தடிமனாக உள்ளது, மேலும் கிராஃபைட் அனோடின் மின்வேதியியல் செயல்திறன். இது செயல்பாட்டை ஓரளவு செயலிழக்கச் செய்யும்.

அதிக வெப்பநிலை சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது, ​​LiFePO2 இல் உள்ள Fe4+ ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு கரைந்துவிடும். Fe2+ ​​கரைந்த அளவு நேர்மறை மின்முனையின் திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்தவில்லை என்றாலும், Fe2+ இன் கரைப்பு மற்றும் எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் Fe இன் மழைப்பொழிவு SEI படத்தின் வளர்ச்சியில் ஒரு வினையூக்கப் பாத்திரத்தை வகிக்கும். . செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகள் எங்கே, எங்கு தொலைந்தன என்பதை டான் அளவுகோலாகப் பகுப்பாய்வு செய்து, செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் மேற்பரப்பில் ஏற்பட்டது என்பதைக் கண்டறிந்தார், குறிப்பாக உயர் வெப்பநிலை சுழற்சிகளின் போது, ​​அதாவது உயர் வெப்பநிலை சுழற்சி திறன் இழப்பு. வேகமானது, மற்றும் SEI படம் சுருக்கமாக சேதம் மற்றும் பழுது மூன்று வெவ்வேறு வழிமுறைகள் உள்ளன:

1. கிராஃபைட் அனோடில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் லித்தியம் அயனிகளைக் குறைக்க SEI படத்தின் வழியாக செல்கின்றன.
2. SEI படத்தின் சில கூறுகளின் கலைப்பு மற்றும் மீளுருவாக்கம்.
3. கிராஃபைட் அனோடின் அளவு மாற்றம் காரணமாக, SEI சவ்வு சிதைவினால் ஏற்பட்டது.

செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்புக்கு கூடுதலாக, மறுசுழற்சி செய்யும் போது நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை பொருட்கள் இரண்டும் மோசமடையும். மறுசுழற்சி செய்யும் போது LiFePO4 மின்முனையில் விரிசல் ஏற்படுவதால், மின்முனை துருவமுனைப்பு அதிகரிக்கும் மற்றும் செயலில் உள்ள பொருள் மற்றும் கடத்தும் முகவர் அல்லது தற்போதைய சேகரிப்பான் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான கடத்துத்திறன் குறையும். வயதான பிறகு LiFePO4 இன் மாற்றங்களை அரை அளவு ஆய்வு செய்ய நாக்பூர் ஸ்கேனிங் விரிவாக்கப்பட்ட எதிர்ப்பு நுண்ணோக்கியை (SSRM) பயன்படுத்தியது மற்றும் குறிப்பிட்ட இரசாயன எதிர்வினைகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் LiFePO4 நானோ துகள்கள் மற்றும் மேற்பரப்பு வைப்புகளின் கரடுமுரடானது LiFePO4 கத்தோட்களின் மின்மறுப்பு அதிகரிப்புக்கு வழிவகுத்தது. கூடுதலாக, செயலில் உள்ள மேற்பரப்பின் குறைப்பு மற்றும் செயலில் உள்ள கிராஃபைட் பொருட்களின் இழப்பால் ஏற்படும் கிராஃபைட் மின்முனைகளின் உரிதல் ஆகியவை பேட்டரி வயதானதற்குக் காரணமாகக் கருதப்படுகிறது. கிராஃபைட் அனோடின் உறுதியற்ற தன்மை SEI படத்தின் உறுதியற்ற தன்மையை ஏற்படுத்தும் மற்றும் செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் நுகர்வை ஊக்குவிக்கும்.

மின்கலத்தின் உயர்-விகித வெளியேற்றமானது மின்சார வாகனத்திற்கு குறிப்பிடத்தக்க சக்தியை வழங்க முடியும்; அதாவது, பவர் பேட்டரியின் வீத செயல்திறன் சிறப்பாக இருந்தால், மின்சார காரின் முடுக்கம் செயல்திறன் சிறப்பாக இருக்கும். கிம் மற்றும் பலர் ஆராய்ச்சி முடிவுகள். LiFePO4 நேர்மறை மின்முனை மற்றும் கிராஃபைட் எதிர்மறை மின்முனையின் வயதான வழிமுறை வேறுபட்டது என்பதைக் காட்டுகிறது: வெளியேற்ற வீதத்தின் அதிகரிப்புடன், நேர்மறை மின்முனையின் திறன் இழப்பு எதிர்மறை மின்முனையை விட அதிகமாக அதிகரிக்கிறது. குறைந்த வீத சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது பேட்டரி திறன் இழப்பு முக்கியமாக எதிர்மறை மின்முனையில் செயல்படும் லித்தியம் அயனிகளின் நுகர்வு காரணமாகும். இதற்கு நேர்மாறாக, உயர்-விகித சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது பேட்டரியின் ஆற்றல் இழப்பு நேர்மறை மின்முனையின் மின்மறுப்பின் அதிகரிப்பு காரணமாகும்.

பயன்பாட்டில் உள்ள மின்கலத்தின் வெளியேற்றத்தின் ஆழம் திறன் இழப்பைப் பாதிக்காது என்றாலும், அது அதன் மின் இழப்பைப் பாதிக்கும்: வெளியேற்றத்தின் ஆழத்தின் அதிகரிப்புடன் மின் இழப்பின் வேகம் அதிகரிக்கிறது. இது SEI படத்தின் மின்மறுப்பு அதிகரிப்பு மற்றும் முழு பேட்டரியின் மின்மறுப்பு அதிகரிப்பு காரணமாகும். இது நேரடியாக தொடர்புடையது. செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் இழப்புடன் ஒப்பிடும்போது, ​​சார்ஜிங் மின்னழுத்தத்தின் மேல் வரம்பு பேட்டரி செயலிழப்பில் வெளிப்படையான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தாது, சார்ஜிங் மின்னழுத்தத்தின் மிகக் குறைந்த அல்லது அதிக மேல் வரம்பு LiFePO4 மின்முனையின் இடைமுக மின்மறுப்பை அதிகரிக்கும்: குறைந்த மேல் வரம்பு மின்னழுத்தம் சரியாக வேலை செய்யாது. செயலற்ற படலம் தரையில் உருவாகிறது, மேலும் அதிக உயர் மின்னழுத்த வரம்பு எலக்ட்ரோலைட்டின் ஆக்ஸிஜனேற்ற சிதைவை ஏற்படுத்தும். இது LiFePO4 மின்முனையின் மேற்பரப்பில் குறைந்த கடத்துத்திறன் கொண்ட ஒரு தயாரிப்பை உருவாக்கும்.

முக்கியமாக அயனி கடத்துத்திறன் குறைதல் மற்றும் இடைமுக மின்மறுப்பின் அதிகரிப்பு காரணமாக வெப்பநிலை குறையும் போது LiFePO4 மின்கலத்தின் வெளியேற்ற திறன் வேகமாக குறையும். LiFePO4 கேத்தோடையும் கிராஃபைட் அனோடையும் தனித்தனியாக ஆய்வு செய்தார், மேலும் அனோட் மற்றும் அனோடின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்தும் முக்கிய கட்டுப்பாட்டு காரணிகள் வேறுபட்டவை என்பதைக் கண்டறிந்தார். LiFePO4 கேத்தோடின் அயனி கடத்துத்திறன் குறைவு ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, மேலும் கிராஃபைட் அனோடின் இடைமுக மின்மறுப்பின் அதிகரிப்பு முக்கிய காரணமாகும்.

பயன்பாட்டின் போது, ​​LiFePO4 மின்முனை மற்றும் கிராஃபைட் அனோடின் சிதைவு மற்றும் SEI படத்தின் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சி ஆகியவை பேட்டரி செயலிழப்பை பல்வேறு அளவுகளில் ஏற்படுத்தும். கூடுதலாக, சாலை நிலைமைகள் மற்றும் சுற்றுப்புற வெப்பநிலை போன்ற கட்டுப்படுத்த முடியாத காரணிகளுக்கு கூடுதலாக, பேட்டரியின் வழக்கமான பயன்பாடும் அவசியம், இதில் பொருத்தமான சார்ஜிங் மின்னழுத்தம், வெளியேற்றத்தின் சரியான ஆழம் போன்றவை அடங்கும்.

4. சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது தோல்வி

பயன்பாட்டின் போது பேட்டரி பெரும்பாலும் தவிர்க்க முடியாமல் அதிகமாக சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது. குறைவான அதிகப்படியான வெளியேற்றம் உள்ளது. ஓவர் சார்ஜ் அல்லது ஓவர்-டிஸ்சார்ஜ் போது வெளியாகும் வெப்பம் பேட்டரியின் உள்ளே குவிந்து, பேட்டரி வெப்பநிலையை மேலும் அதிகரிக்கும். இது பேட்டரியின் சேவை வாழ்க்கையை பாதிக்கிறது மற்றும் புயலின் தீ அல்லது வெடிப்புக்கான சாத்தியத்தை எழுப்புகிறது. வழக்கமான சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் நிலைமைகளின் கீழ் கூட, சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கும் போது, ​​பேட்டரி அமைப்பில் உள்ள ஒற்றை செல்களின் திறன் சீரற்ற தன்மை அதிகரிக்கும். குறைந்த திறன் கொண்ட பேட்டரி சார்ஜ் மற்றும் அதிக டிஸ்சார்ஜ் செயல்முறைக்கு உட்படும்.

வெவ்வேறு சார்ஜிங் நிலைகளின் கீழ் மற்ற நேர்மறை மின்முனைப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது LiFePO4 சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டிருந்தாலும், LiFePO4 பவர் பேட்டரிகளைப் பயன்படுத்துவதில் அதிகச் சார்ஜ் செய்வதும் பாதுகாப்பற்ற அபாயங்களை ஏற்படுத்தும். அதிக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட நிலையில், கரிம எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள கரைப்பான் ஆக்ஸிஜனேற்ற சிதைவுக்கு அதிக வாய்ப்புள்ளது. பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் கரிம கரைப்பான்களில், எத்திலீன் கார்பனேட் (EC) முன்னுரிமையாக நேர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் ஆக்ஸிஜனேற்ற சிதைவுக்கு உட்படும். எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் லித்தியம் செருகும் திறன் (எதிர்மறை லித்தியம் சாத்தியம்) ஆழமற்றதாக இருப்பதால், எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் லித்தியம் மழைப்பொழிவு அதிகமாக உள்ளது.

லித்தியம் படிகக் கிளைகள் உதரவிதானத்தைத் துளைப்பதால் ஏற்படும் உள் ஷார்ட் சர்க்யூட், அதிக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட நிலையில் பேட்டரி செயலிழப்பதற்கான முக்கிய காரணங்களில் ஒன்றாகும். லு மற்றும் பலர். அதிக மின்னேற்றத்தால் ஏற்படும் கிராஃபைட் எதிர் மின்முனை மேற்பரப்பில் லித்தியம் முலாம் பூசுவதன் தோல்வி பொறிமுறையை பகுப்பாய்வு செய்தது. எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் ஒட்டுமொத்த அமைப்பு மாறவில்லை என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன, ஆனால் லித்தியம் படிக கிளைகள் மற்றும் மேற்பரப்பு படம் உள்ளன. லித்தியம் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டின் எதிர்வினையானது மேற்பரப்புத் திரைப்படத்தை தொடர்ந்து அதிகரிக்கச் செய்கிறது, இது அதிக செயலில் உள்ள லித்தியத்தை உட்கொள்கிறது மற்றும் லித்தியம் கிராஃபைட்டாக பரவுகிறது. எதிர்மறை மின்முனையானது மிகவும் சிக்கலானதாகிறது, இது எதிர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் லித்தியம் படிவை மேலும் ஊக்குவிக்கும், இதன் விளைவாக திறன் மற்றும் கூலம்பிக் செயல்திறன் மேலும் குறைகிறது.

கூடுதலாக, உலோக அசுத்தங்கள் (குறிப்பாக Fe) பொதுவாக பேட்டரி ஓவர்சார்ஜ் தோல்விக்கான முக்கிய காரணங்களில் ஒன்றாக கருதப்படுகிறது. சூ மற்றும் பலர். அதிக சார்ஜ் நிலைமைகளின் கீழ் LiFePO4 மின்கலங்களின் தோல்வி பொறிமுறையை முறையாக ஆய்வு செய்தது. அதிக கட்டணம்/வெளியேற்ற சுழற்சியின் போது Fe இன் ரெடாக்ஸ் கோட்பாட்டளவில் சாத்தியம் என்று முடிவுகள் காட்டுகின்றன, மேலும் எதிர்வினை வழிமுறை கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. அதிக கட்டணம் ஏற்படும் போது, ​​Fe ஆனது முதலில் Fe2+ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது, Fe2+ மேலும் Fe3+ ஆக மோசமடைகிறது, பின்னர் Fe2+ மற்றும் Fe3+ நேர்மறை மின்முனையிலிருந்து அகற்றப்படும். எதிர்மறை மின்முனை பக்கத்திற்கு ஒரு பக்கம் பரவுகிறது, Fe3+ இறுதியாக Fe2+ ஆக குறைக்கப்படுகிறது, மேலும் Fe2+ ஆனது Fe வடிவத்திற்கு மேலும் குறைக்கப்படுகிறது; ஓவர்சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகள் போது, ​​Fe கிரிஸ்டல் கிளைகள் ஒரே நேரத்தில் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளில் தொடங்கும், Fe பிரிட்ஜ்களை உருவாக்க பிரிப்பானை துளைத்து, மைக்ரோ பேட்டரி ஷார்ட் சர்க்யூட் ஏற்படுகிறது, இது பேட்டரியின் மைக்ரோ ஷார்ட் சர்க்யூட்டுடன் வரும் வெளிப்படையான நிகழ்வு தொடர்ச்சியானது. அதிக சார்ஜ் செய்த பிறகு வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்.

அதிக கட்டணம் செலுத்தும் போது, ​​எதிர்மறை மின்முனையின் சாத்தியம் வேகமாக உயரும். சாத்தியமான அதிகரிப்பு எதிர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் உள்ள SEI திரைப்படத்தை அழித்துவிடும் (SEI படத்தில் உள்ள கனிம கலவைகள் நிறைந்த பகுதி ஆக்ஸிஜனேற்றப்படுவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம்), இது எலக்ட்ரோலைட்டின் கூடுதல் சிதைவை ஏற்படுத்தும், இதன் விளைவாக திறன் இழப்பு ஏற்படும். மிக முக்கியமாக, எதிர்மறை மின்னோட்டம் சேகரிப்பான் Cu படலம் ஆக்ஸிஜனேற்றப்படும். எதிர்மறை மின்முனையின் SEI படத்தில், யாங் மற்றும் பலர். Cu ஃபாயிலின் ஆக்சிஜனேற்றப் பொருளான Cu2O கண்டறியப்பட்டது, இது பேட்டரியின் உள் எதிர்ப்பை அதிகரிக்கும் மற்றும் புயலின் திறன் இழப்பை ஏற்படுத்தும்.

அவர் மற்றும் பலர். LiFePO4 பவர் பேட்டரிகளின் ஓவர்-டிஸ்சார்ஜ் செயல்முறையை விரிவாக ஆய்வு செய்தார். எதிர்மறை மின்னோட்ட சேகரிப்பான் Cu படலம் அதிக வெளியேற்றத்தின் போது Cu+ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படலாம் என்று முடிவுகள் காட்டுகின்றன, மேலும் Cu+ ஆனது Cu2+ ஆக மேலும் ஆக்ஸிஜனேற்றப்படுகிறது, அதன் பிறகு அவை நேர்மறை மின்முனையில் பரவுகின்றன. நேர்மறை மின்முனையில் குறைப்பு எதிர்வினை ஏற்படலாம். இந்த வழியில், இது நேர்மறை மின்முனையின் பக்கத்தில் படிகக் கிளைகளை உருவாக்கி, பிரிப்பானைத் துளைத்து, பேட்டரியின் உள்ளே மைக்ரோ ஷார்ட் சர்க்யூட்டை ஏற்படுத்தும். மேலும், அதிகப்படியான டிஸ்சார்ஜ் காரணமாக, பேட்டரி வெப்பநிலை தொடர்ந்து உயரும்.

LiFePO4 மின்கலத்தின் அதிகப்படியான சார்ஜ் ஆக்சிஜனேற்ற எலக்ட்ரோலைட் சிதைவு, லித்தியம் பரிணாமம் மற்றும் Fe படிகக் கிளைகளின் உருவாக்கம் ஆகியவற்றை ஏற்படுத்தலாம்; அதிகப்படியான வெளியேற்றம் SEI பாதிப்பை ஏற்படுத்தலாம், இதன் விளைவாக திறன் சிதைவு, Cu ஃபாயில் ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் Cu படிகக் கிளைகள் தோன்றக்கூடும்.

5. மற்ற தோல்விகள்

LiFePO4 இன் உள்ளார்ந்த குறைந்த கடத்துத்திறன் காரணமாக, பொருளின் உருவவியல் மற்றும் அளவு மற்றும் கடத்தும் முகவர்கள் மற்றும் பைண்டர்களின் விளைவுகள் எளிதில் வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன. கேபர்செக் மற்றும் பலர். அளவு மற்றும் கார்பன் பூச்சு ஆகிய இரண்டு முரண்பாடான காரணிகளைப் பற்றி விவாதித்தது மற்றும் LiFePO4 இன் மின்முனை மின்மறுப்பு சராசரி துகள் அளவுடன் மட்டுமே தொடர்புடையது என்பதைக் கண்டறிந்தது. LiFePO4 இல் உள்ள தள எதிர்ப்பு குறைபாடுகள் (Fe ஆக்கிரமித்துள்ளது Li தளங்கள்) பேட்டரியின் செயல்திறனில் ஒரு குறிப்பிட்ட தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்: LiFePO4 இன் உள்ளே லித்தியம் அயனிகளின் பரிமாற்றம் ஒரு பரிமாணமாக இருப்பதால், இந்த குறைபாடு லித்தியம் அயனிகளின் தொடர்பைத் தடுக்கும்; உயர் வேலன்ஸ் நிலைகளின் அறிமுகம் காரணமாக, கூடுதல் மின்னியல் விலக்கம் காரணமாக, இந்த குறைபாடு LiFePO4 கட்டமைப்பின் உறுதியற்ற தன்மையையும் ஏற்படுத்தும்.

LiFePO4 இன் பெரிய துகள்கள் சார்ஜிங் முடிவில் முற்றிலும் மகிழ்ச்சியடைய முடியாது; நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட LiFePO4 தலைகீழ் குறைபாடுகளைக் குறைக்கலாம், ஆனால் அதன் உயர் மேற்பரப்பு ஆற்றல் சுய-வெளியேற்றத்தை ஏற்படுத்தும். PVDF என்பது தற்போது பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பைண்டர் ஆகும், இது அதிக வெப்பநிலையில் எதிர்வினை, நீர் அல்லாத எலக்ட்ரோலைட்டில் கரைதல் மற்றும் போதுமான நெகிழ்வுத்தன்மை போன்ற குறைபாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. இது LiFePO4 இன் திறன் இழப்பு மற்றும் சுழற்சி ஆயுளில் ஒரு குறிப்பிட்ட தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, தற்போதைய சேகரிப்பான், உதரவிதானம், எலக்ட்ரோலைட் கலவை, உற்பத்தி செயல்முறை, மனித காரணிகள், வெளிப்புற அதிர்வு, அதிர்ச்சி போன்றவை பேட்டரியின் செயல்திறனை பல்வேறு அளவுகளில் பாதிக்கும்.

குறிப்பு: Miao Meng மற்றும் பலர். "லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பவர் பேட்டரிகளின் தோல்வி குறித்த ஆராய்ச்சி முன்னேற்றம்."