குளிர்காலம் வருகிறது, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை பகுப்பாய்வு நிகழ்வைப் பாருங்கள்

லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் செயல்திறன் அவற்றின் இயக்க பண்புகளால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது. Li+ ஆனது கிராஃபைட் பொருளில் உட்பொதிக்கப்படும் போது முதலில் சிதைக்கப்பட வேண்டும் என்பதால், அது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு ஆற்றலை உட்கொள்ள வேண்டும் மற்றும் கிராஃபைட்டில் Li+ பரவுவதைத் தடுக்க வேண்டும். மாறாக, Li+ ஆனது கிராஃபைட் பொருளிலிருந்து கரைசலில் வெளியிடப்படும் போது, ​​முதலில் தீர்வு செயல்முறை ஏற்படும், மேலும் தீர்வு செயல்முறைக்கு ஆற்றல் நுகர்வு தேவையில்லை. Li+ ஆனது கிராஃபைட்டை விரைவாக அகற்ற முடியும், இது கிராஃபைட் பொருளின் குறிப்பிடத்தக்க மோசமான சார்ஜ் ஏற்றுக்கொள்ளலுக்கு வழிவகுக்கிறது. வெளியேற்ற ஏற்றுக்கொள்ளும் தன்மையில்.

குறைந்த வெப்பநிலையில், எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் இயக்கவியல் பண்புகள் மேம்பட்டு மோசமாகிவிட்டன. எனவே, சார்ஜிங் செயல்பாட்டின் போது எதிர்மறை மின்முனையின் மின்வேதியியல் துருவமுனைப்பு கணிசமாக தீவிரமடைகிறது, இது எதிர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் உலோக லித்தியத்தின் மழைப்பொழிவுக்கு எளிதாக வழிவகுக்கும். ஜெர்மனியின் மியூனிக் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தின் கிறிஸ்டியன் வான் லூடர்ஸின் ஆராய்ச்சி, -2 ° C இல், கட்டண விகிதம் C/2 ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, மேலும் உலோக லித்தியம் மழையின் அளவு கணிசமாக அதிகரிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, C/2 விகிதத்தில், எதிரெதிர் மின்முனை மேற்பரப்பில் லித்தியம் முலாம் பூசப்பட்ட அளவு முழு கட்டணத்தையும் பற்றியது. திறன் 5.5% ஆனால் 9C உருப்பெருக்கத்தின் கீழ் 1% அடையும். துரிதப்படுத்தப்பட்ட உலோக லித்தியம் மேலும் வளர்ச்சியடைந்து இறுதியில் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளாக மாறி, உதரவிதானம் வழியாக துளைத்து நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளின் குறுகிய சுற்றுக்கு காரணமாகிறது. எனவே, முடிந்தவரை குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்வதைத் தவிர்க்க வேண்டியது அவசியம். குறைந்த வெப்பநிலையில் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்ய வேண்டியிருக்கும் போது, ​​லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை முடிந்தவரை சார்ஜ் செய்ய ஒரு சிறிய மின்னோட்டத்தைத் தேர்ந்தெடுத்து, எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து உலோக லித்தியம் படிவதை உறுதிசெய்ய சார்ஜ் செய்த பிறகு லித்தியம்-அயன் பேட்டரியை முழுமையாக சேமித்து வைப்பது அவசியம். கிராஃபைட்டுடன் வினைபுரிந்து எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் மீண்டும் உட்பொதிக்க முடியும்.

மியூனிக் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தின் வெரோனிகா ஜிந்த் மற்றும் பிறர் நியூட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் மற்றும் பிற முறைகளைப் பயன்படுத்தி லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் லித்தியம் பரிணாம நடத்தையை -20°C குறைந்த வெப்பநிலையில் ஆய்வு செய்தனர். சமீபத்திய ஆண்டுகளில் நியூட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் ஒரு புதிய கண்டறிதல் முறையாகும். XRD உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​நியூட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் ஒளி உறுப்புகளுக்கு (Li, O, N, முதலியன) அதிக உணர்திறன் கொண்டது, எனவே இது லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் அழிவில்லாத சோதனைக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.

சோதனையில், வெரோனிகாஜிந்த் குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் லித்தியம் பரிணாம நடத்தையை ஆய்வு செய்ய NMC111/கிராஃபைட் 18650 பேட்டரியைப் பயன்படுத்தினார். கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள செயல்முறையின் படி சோதனையின் போது பேட்டரி சார்ஜ் செய்யப்பட்டு டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது.

C/30 வீத சார்ஜிங்கில் இரண்டாவது சார்ஜிங் சுழற்சியின் போது வெவ்வேறு SoCகளின் கீழ் எதிர்மறை மின்முனையின் கட்ட மாற்றத்தை பின்வரும் படம் காட்டுகிறது. 30.9% SoC இல், எதிர்மறை மின்முனையின் கட்டங்கள் முக்கியமாக LiC12, Li1-XC18 மற்றும் ஒரு சிறிய அளவு LiC6 கலவை ஆகும்; SoC 46% ஐத் தாண்டிய பிறகு, LiC12 இன் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் தீவிரம் தொடர்ந்து குறைகிறது, அதே நேரத்தில் LiC6 இன் சக்தி தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. இருப்பினும், இறுதி சார்ஜ் முடிந்த பிறகும், குறைந்த வெப்பநிலையில் 1503mAh மட்டுமே சார்ஜ் செய்யப்படுவதால் (அறை வெப்பநிலையில் திறன் 1950mAh), எதிர்மறை மின்முனையில் LiC12 உள்ளது. சார்ஜிங் மின்னோட்டம் C/100 ஆக குறைக்கப்பட்டது என்று வைத்துக்கொள்வோம். அந்த வழக்கில், பேட்டரி இன்னும் குறைந்த வெப்பநிலையில் 1950mAh திறனைப் பெற முடியும், இது குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் சக்தி குறைவது முக்கியமாக இயக்க நிலைமைகளின் சரிவு காரணமாக இருப்பதைக் குறிக்கிறது.

-5 டிகிரி செல்சியஸ் குறைந்த வெப்பநிலையில் C/20 விகிதத்தின் படி சார்ஜ் செய்யும் போது எதிர்மறை மின்முனையில் கிராஃபைட்டின் கட்ட மாற்றத்தை கீழே உள்ள படம் காட்டுகிறது. C/30 ரேட் சார்ஜிங்குடன் ஒப்பிடும்போது கிராஃபைட்டின் கட்ட மாற்றம் கணிசமாக வேறுபடுவதைக் காணலாம். SoC>40% ஆக இருக்கும் போது, ​​C/12 சார்ஜ் வீதத்தின் கீழ் உள்ள பேட்டரி LiC5 இன் கட்ட வலிமை கணிசமாக மெதுவாக குறைகிறது, மேலும் LiC6 கட்ட வலிமையின் அதிகரிப்பு C/30 ஐ விட கணிசமாக பலவீனமாக உள்ளது என்பதை படத்தில் இருந்து காணலாம். கட்டண விகிதம். C/5 இன் ஒப்பீட்டளவில் அதிக விகிதத்தில், குறைவான LiC12 லித்தியம் இடைக்கணிப்பு தொடர்கிறது மற்றும் LiC6 ஆக மாற்றப்படுகிறது.

கீழே உள்ள படம் முறையே C/30 மற்றும் C/5 விகிதங்களில் சார்ஜ் செய்யும் போது எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் கட்ட மாற்றங்களை ஒப்பிடுகிறது. இரண்டு வெவ்வேறு சார்ஜிங் விகிதங்களுக்கு, லித்தியம்-மோசமான கட்டம் Li1-XC18 மிகவும் ஒத்ததாக இருப்பதை படம் காட்டுகிறது. வேறுபாடு முக்கியமாக LiC12 மற்றும் LiC6 ஆகிய இரண்டு கட்டங்களில் பிரதிபலிக்கிறது. இரண்டு கட்டண விகிதங்களின் கீழ் சார்ஜிங் ஆரம்ப கட்டத்தில் எதிர்மறை மின்முனையின் கட்ட மாற்ற போக்கு ஒப்பீட்டளவில் நெருக்கமாக இருப்பதை படத்தில் இருந்து காணலாம். LiC12 கட்டத்தில், சார்ஜிங் திறன் 950mAh (49% SoC) ஐ அடையும் போது, ​​மாறும் போக்கு வித்தியாசமாகத் தோன்றத் தொடங்குகிறது. 1100mAh (56.4% SoC) வரும்போது, ​​இரண்டு உருப்பெருக்கங்களின் கீழ் LiC12 கட்டம் குறிப்பிடத்தக்க இடைவெளியைக் காட்டத் தொடங்குகிறது. C/30 குறைந்த விகிதத்தில் சார்ஜ் செய்யும் போது, ​​LiC12 நிலையின் சரிவு மிக வேகமாக இருக்கும், ஆனால் C/12 விகிதத்தில் LiC5 கட்டத்தின் வீழ்ச்சி மிகவும் மெதுவாக இருக்கும்; அதாவது, எதிர்மறை மின்முனையில் லித்தியம் செருகலின் இயக்க நிலைகள் குறைந்த வெப்பநிலையில் மோசமடைகின்றன. , அதனால் LiC12 லித்தியத்தை மேலும் இண்டர்கேலேட் செய்து LiC6 கட்ட வேகம் குறைக்கப்பட்டது. அதற்கேற்ப, LiC6 கட்டமானது C/30 என்ற குறைந்த விகிதத்தில் மிக விரைவாக அதிகரிக்கிறது ஆனால் C/5 என்ற விகிதத்தில் மிகவும் மெதுவாக இருக்கும். C/5 விகிதத்தில், கிராஃபைட்டின் படிக அமைப்பில் அதிக சிறிய Li உட்பொதிக்கப்பட்டுள்ளது என்பதை இது காட்டுகிறது, ஆனால் C/1520.5 சார்ஜ் விகிதத்தில் பேட்டரியின் சார்ஜ் திறன் (5mAh) C இல் இருப்பதை விட அதிகமாக உள்ளது. /30 கட்டண விகிதம். சக்தி (1503.5mAh) அதிகமாக உள்ளது. எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் உட்பொதிக்கப்படாத கூடுதல் Li, உலோக லித்தியம் வடிவத்தில் கிராஃபைட் மேற்பரப்பில் படியக்கூடும். சார்ஜ் முடிந்த பிறகு நிற்கும் செயல்முறையும் இதை பக்கத்திலிருந்து நிரூபிக்கிறது - கொஞ்சம்.

எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் கட்ட அமைப்பை சார்ஜ் செய்த பின் மற்றும் 20 மணிநேரம் விட்டு வைத்த பிறகு பின்வரும் படம் காட்டுகிறது. சார்ஜிங்கின் முடிவில், எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் கட்டம் இரண்டு சார்ஜிங் விகிதங்களின் கீழ் மிகவும் வேறுபட்டது. C/5 இல், கிராஃபைட் அனோடில் LiC12 இன் விகிதம் அதிகமாக உள்ளது, மேலும் LiC6 இன் சதவீதம் குறைவாக உள்ளது, ஆனால் 20 மணி நேரம் நின்ற பிறகு, இரண்டிற்கும் இடையேயான வேறுபாடு குறைவாக உள்ளது.

20h சேமிப்பு செயல்பாட்டின் போது எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் கட்ட மாற்றத்தை கீழே உள்ள படம் காட்டுகிறது. இரண்டு எதிரெதிர் மின்முனைகளின் கட்டங்கள் தொடக்கத்தில் மிகவும் வித்தியாசமாக இருந்தாலும், சேமிப்பக நேரம் அதிகரிக்கும் போது, ​​இரண்டு வகையான சார்ஜிங் உருப்பெருக்கத்தின் கீழ் உள்ள கிராஃபைட் அனோடின் நிலை மிக நெருக்கமாக மாறியுள்ளது என்பதை படத்தில் இருந்து பார்க்க முடியும். LiC12, ஷெல்விங் செயல்பாட்டின் போது LiC6 ஆக மாற்றப்படுவதைத் தொடரலாம். Li இன் இந்த பகுதி குறைந்த வெப்பநிலையில் எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் மேற்பரப்பில் படிந்த உலோக லித்தியமாக இருக்க வாய்ப்புள்ளது. மேலும் பகுப்பாய்வு C/30 விகிதத்தில் சார்ஜிங் முடிவில், எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் லித்தியம் இடைவெளியின் அளவு 68% ஆக இருந்தது. இருப்பினும், லித்தியம் இடைச்செருகல் அளவு 71% ஆக உயர்ந்தது, இது 3% அதிகரித்துள்ளது. C/5 விகிதத்தில் சார்ஜிங்கின் முடிவில், எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையின் லித்தியம் செருகும் அளவு 58% ஆக இருந்தது, ஆனால் 20 மணிநேரம் விடப்பட்ட பிறகு, அது 70% ஆக அதிகரித்தது, மொத்தம் 12% அதிகரிப்பு.

குறைந்த வெப்பநிலையில் சார்ஜ் செய்யும் போது, ​​இயக்க நிலைகள் மோசமடைந்து பேட்டரி திறன் குறையும் என்பதை மேற்கூறிய ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. இது கிராஃபைட் லித்தியம் செருகும் வீதத்தின் குறைவினால் எதிர்மறை மின்முனையின் மேற்பரப்பில் லித்தியம் உலோகத்தை விரைவுபடுத்தும். இருப்பினும், சிறிது கால சேமிப்பிற்குப் பிறகு, உலோக லித்தியத்தின் இந்த பகுதியை மீண்டும் கிராஃபைட்டில் உட்பொதிக்க முடியும்; உண்மையான பயன்பாட்டில், ஷெல்ஃப் நேரம் பெரும்பாலும் குறுகியதாக இருக்கும், மேலும் அனைத்து உலோக லித்தியமும் மீண்டும் கிராஃபைட்டில் உட்பொதிக்கப்படும் என்பதற்கு எந்த உத்தரவாதமும் இல்லை, எனவே எதிர்மறை மின்முனையில் சில உலோக லித்தியம் தொடர்ந்து இருக்க காரணமாக இருக்கலாம். லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் மேற்பரப்பு லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் திறனை பாதிக்கும் மற்றும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் பாதுகாப்பிற்கு ஆபத்தை விளைவிக்கும் லித்தியம் டென்ட்ரைட்டுகளை உருவாக்கலாம். எனவே, குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம் அயன் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்வதைத் தவிர்க்க முயற்சிக்கவும். குறைந்த மின்னோட்டம், மற்றும் அமைத்த பிறகு, எதிர்மறை கிராஃபைட் மின்முனையில் உலோக லித்தியத்தை அகற்ற போதுமான அடுக்கு நேரத்தை உறுதிசெய்க.

இந்தக் கட்டுரை முக்கியமாக பின்வரும் ஆவணங்களைக் குறிக்கிறது. இந்த அறிக்கை தொடர்புடைய அறிவியல் படைப்புகள், வகுப்பறை கற்பித்தல் மற்றும் அறிவியல் ஆராய்ச்சி ஆகியவற்றை அறிமுகப்படுத்த மற்றும் மதிப்பாய்வு செய்ய மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது. வணிக பயன்பாட்டிற்கு அல்ல. உங்களுக்கு ஏதேனும் பதிப்புரிமைச் சிக்கல்கள் இருந்தால், தயவுசெய்து எங்களைத் தொடர்புகொள்ளவும்.

1.லித்தியம்-அயன் மின்தேக்கிகளில் எதிர்மறை மின்முனைகளாக கிராஃபைட் பொருட்களை மதிப்பிடும் திறன், எலக்ட்ரோகிமிகா ஆக்டா 55 (2010) 3330 - 3335 , எஸ்ஆர்சிவக்குமார், ஜேஒய் நெர்கர், ஏஜி பண்டோல்ஃபோ

2. மின்னழுத்த தளர்வு மற்றும் சிட்டு நியூட்ரான் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் மூலம் லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளில் லித்தியம் முலாம் பூசப்பட்டது , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3. லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் லித்தியம் முலாம் பூசுவது துணை சுற்றுப்புற வெப்பநிலையில் உள்ள நியூட்ரான் டிஃப்ராக்ஷன், ஜர்னல் ஆஃப் பவர் சோர்சஸ் 271 (2014) 152-159, வெரோனிகா ஜிந்த், கிறிஸ்டியன் வான் லூடர்ஸ், மைக்கேல் ஹாஃப்மேன், ஜோஹன்னஸ் ஹட்டென்டோர்ஃப். எர்ஹார்ட், ஜோனா ரெபெலோ-கார்ன்மியர், ஆண்ட்ரியாஸ் ஜோசன், ரால்ப் கில்லஸ்