ווינטער קומט, קוק אין די נידעריק-טעמפּעראַטור אַנאַליסיס דערשיינונג פון ליטהיום-יאָן באַטעריז

די פאָרשטעלונג פון ליטהיום-יאָן באַטעריז איז זייער אַפעקטאַד דורך זייער קינעטיק קעראַקטעריסטיקס. ווייַל לי+ דאַרף צו זיין צעלאָזן ערשטער ווען עס איז עמבעדיד אין די גראַפייט מאַטעריאַל, עס דאַרף צו פאַרנוצן אַ זיכער סומע פון ​​ענערגיע און שטערן די דיפיוזשאַן פון לי+ אין די גראַפייט. אויף די פאַרקערט, ווען Li+ איז באפרייט פון די גראַפייט מאַטעריאַל אין די לייזונג, דער סאָלוויישאַן פּראָצעס וועט פּאַסירן ערשטער, און די סאָלוויישאַן פּראָצעס טוט נישט דאַרפן ענערגיע קאַנסאַמשאַן. Li + קענען געשווינד באַזייַטיקן די גראַפייט, וואָס פירט צו אַ באטייטיק פּורער אָפּצאָל אַקסעפּטאַנס פון די גראַפייט מאַטעריאַל. אין די אָפּזאָגן אַקסעפּטאַנס .

ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס, די קינעטיק קעראַקטעריסטיקס פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד האָבן ימפּרוווד און ווערן ערגער. דעריבער, די עלעקטראָטשעמיקאַל פּאָולעראַזיישאַן פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד איז באטייטיק געשטארקט בעשאַס די טשאַרדזשינג פּראָצעס, וואָס קענען לייכט פירן צו די אָפּזאַץ פון מעטאַלליק ליטהיום אויף די ייבערפלאַך פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד. פאָרשונג פון Christian von Lüders פון די טעכנישע אוניווערסיטעט פון מוניטש, דייַטשלאַנד, האט געוויזן אַז ביי -2 ° C, די אָפּצאָל קורס יקסידז C / 2, און די סומע פון ​​מעטאַל ליטהיום אָפּזאַץ איז באטייטיק געוואקסן. פֿאַר בייַשפּיל, אין די C / 2 קורס, די סומע פון ​​ליטהיום פּלייטינג אויף די אַפּאָוזינג ילעקטראָוד ייבערפלאַך איז וועגן די גאנצע אָפּצאָל. 5.5% פון די קאַפּאַציטעט אָבער וועט דערגרייכן 9% אונטער 1C מאַגנאַפאַקיישאַן. די פּרעסיפּיטאַטעד מעטאַלליק ליטהיום קען אַנטוויקלען ווייַטער און יווענטשאַוואַלי ווערן ליטהיום דענדריטעס, דורכשטעכן דורך די דייאַפראַם און פאַרשאַפן קורץ-סירקוטינג פון די positive און נעגאַטיוו ילעקטראָודז. דעריבער, עס איז נייטיק צו ויסמיידן טשאַרדזשינג די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע אין נידעריק טעמפּעראַטורעס ווי פיל ווי מעגלעך. ווען עס מוזן באַשולדיקן די באַטאַרייע אין אַ נידעריק טעמפּעראַטור, עס איז יקערדיק צו אויסקלייַבן אַ קליין קראַנט צו באַשולדיקן די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע ווי פיל ווי מעגלעך און גאָר קראָם די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע נאָך טשאַרדזשינג צו ענשור די מעטאַלליק ליטהיום איז פּריסיפּיטייטיד פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד. קענען רעאַגירן מיט גראַפייט און שייַעך-עמבעדיד אין די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד.

וועראָניקאַ זינט און אנדערע פון ​​די טעכנישע אוניווערסיטעט פון מוניטש געניצט נעוטראָן דיפפראַקשאַן און אנדערע מעטהאָדס צו לערנען די ליטהיום עוואָלוציע נאַטור פון ליטהיום-יאָן באַטעריז אין אַ נידעריק טעמפּעראַטור פון -20 °C. נעוטראָן דיפראַקשאַן איז געווען אַ נייַע דיטעקשאַן אופֿן אין די לעצטע יאָרן. קאַמפּערד מיט XRD, נעוטראָן דיפפראַקשאַן איז מער שפּירעוודיק צו ליכט עלעמענטן (לי, אָ, ען, אאז"ו ו), אַזוי עס איז זייער פּאַסיק פֿאַר ניט-דעסטרוקטיווע טעסטינג פון ליטהיום-יאָן באַטעריז.

אין דער עקספּערימענט, VeronikaZinth געוויינט די NMC111 / גראַפיטע 18650 באַטאַרייע צו לערנען די ליטהיום עוואָלוציע נאַטור פון ליטהיום-יאָן באַטעריז אין נידעריק טעמפּעראַטורעס. די באַטאַרייע איז באפוילן און דיסטשאַרדזשד בעשאַס די פּראָבע לויט דעם פּראָצעס געוויזן אין די פיגור אונטן.

די פאלגענדע פיגור ווייזט די פאַסע ענדערונג פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד אונטער פאַרשידענע סאָקס בעשאַס די רגע טשאַרדזשינג ציקל ביי C / 30 קורס טשאַרדזשינג. עס קען ויסקומען אַז ביי 30.9% SoC, די פאַסעס פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד זענען דער הויפּט LiC12, Li1-XC18 און אַ קליין סומע פון ​​​​LiC6 זאַץ; נאָך די SoC יקסידז 46%, די דיפראַקשאַן ינטענסיטי פון LiC12 האלט צו פאַרמינערן, בשעת די מאַכט פון LiC6 האלט צו פאַרגרעסערן. אָבער, אפילו נאָך די לעצט אָפּצאָל איז געענדיקט, זינט בלויז 1503 מאַה איז באפוילן ביי נידעריק טעמפּעראַטור (די קאַפּאַציטעט איז 1950 מאַה אין צימער טעמפּעראַטור), LiC12 יגזיסץ אין די נעגאַטיוו ילעקטראָוד. רעכן די טשאַרדזשינג קראַנט איז רידוסט צו C/100. אין דעם פאַל, די באַטאַרייע קענען נאָך באַקומען אַ קאַפּאַציטעט פון 1950 מאַה ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס, וואָס ינדיקייץ אַז די פאַרקלענערן אין די מאַכט פון ליטהיום-יאָן באַטעריז ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס איז דער הויפּט רעכט צו דער דיטיריעריישאַן פון קינעטיק טנאָים.

די פיגור אונטן ווייזט די פאַסע ענדערונג פון גראַפייט אין די נעגאַטיוו ילעקטראָוד בעשאַס טשאַרדזשינג לויט די C/5 קורס אין אַ נידעריק טעמפּעראַטור פון -20 °C. עס קענען זען אַז די פאַסע ענדערונג פון גראַפייט איז באטייטיק אַנדערש קאַמפּערד מיט C/30 קורס טשאַרדזשינג. פון די פיגור קענען זיין געזען אַז ווען SoC> 40%, די פאַסע שטאַרקייַט פון די באַטאַרייע LiC12 אונטער די C/5 אָפּצאָל קורס דיקריסאַז באטייטיק סלאָוער, און די פאַרגרעסערן פון LiC6 פאַסע שטאַרקייט איז אויך באטייטיק שוואַך ווי די C/30. אָפּצאָל קורס. עס ווייזט אַז ביי אַ לעפיערעך הויך קורס פון C / 5, ווייניקער LiC12 האלט צו ינטערקאַלייט ליטהיום און איז קאָנווערטעד צו LiC6.

די פיגור אונטן קאַמפּערז די פאַסע ענדערונגען פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד ווען טשאַרדזשינג ביי C/30 און C/5 רייץ ריספּעקטיוולי. די פיגור ווייזט אַז פֿאַר צוויי פאַרשידענע טשאַרדזשינג רייץ, די ליטהיום-נעבעך פאַסע Li1-XC18 איז זייער ענלעך. דער חילוק איז דער הויפּט שפיגלט אין די צוויי פייזאַז פון LiC12 און LiC6. עס קענען זיין געזען פון די פיגור אַז די פאַסע ענדערונג גאַנג אין די נעגאַטיוו ילעקטראָוד איז לעפיערעך נאָענט אין דער ערשט בינע פון ​​טשאַרדזשינג אונטער די צוויי אָפּצאָל רייץ. פֿאַר די LiC12 פאַסע, ווען די טשאַרדזשינג קאַפּאַציטעט ריטשאַז 950 מאַה (49% SoC), די טשאַנגינג גאַנג הייבט צו זיין אַנדערש. ווען עס קומט 1100 מאַה (56.4% SoC), די LiC12 פאַסע אונטער די צוויי מאַגנאַפאַקיישאַנז הייבט צו ווייַזן אַ באַטייטיק ריס. ווען טשאַרדזשינג מיט אַ נידעריק קורס פון C / 30, די אַראָפּגיין פון די LiC12 בינע איז זייער שנעל, אָבער די קאַפּ פון די LiC12 פאַסע ביי די C / 5 קורס איז פיל סלאָוער; אַז איז צו זאָגן, די קינעטיק טנאָים פון ליטהיום ינסערשאַן אין די נעגאַטיוו ילעקטראָוד פאַרערגערן ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס. , אַזוי אַז LiC12 ווייַטער ינטערקאַלייץ ליטהיום צו דזשענערייט LiC6 פאַסע גיכקייַט דיקריסט. קאָראַספּאַנדינג, די LiC6 פאַסע ינקריסיז זייער געשווינד אין אַ נידעריק קורס פון C / 30 אָבער איז פיל סלאָוער אין אַ קורס פון C / 5. דאָס ווייזט אַז ביי די C / 5 קורס, מער דראָבנע לי איז עמבעדיד אין די קריסטאַל סטרוקטור פון גראַפייט, אָבער וואָס איז טשיקאַווע איז אַז די אָפּצאָל קאַפּאַציטעט פון די באַטאַרייע (1520.5mAh) ביי די C / 5 אָפּצאָל קורס איז העכער ווי אין די C /30 אָפּצאָל קורס. די מאַכט (1503.5 מאַה) איז העכער. די עקסטרע לי וואָס איז נישט עמבעדיד אין די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד איז מסתּמא צו זיין פּריסיפּיטייטיד אויף די גראַפייט ייבערפלאַך אין די פאָרעם פון מעטאַלליק ליטהיום. די שטייענדיק פּראָצעס נאָך די סוף פון טשאַרדזשינג אויך פּראָוועס דאָס פון די זייַט - אַ ביסל.

די פאלגענדע פיגור ווייזט די פאַסע סטרוקטור פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד נאָך טשאַרדזשינג און נאָך לינקס פֿאַר 20 שעה. אין די סוף פון טשאַרדזשינג, די פאַסע פון ​​די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד איז זייער אַנדערש אונטער די צוויי טשאַרדזשינג רייץ. אין C/5, די פאַרהעלטעניש פון LiC12 אין די גראַפייט אַנאָוד איז העכער, און דער פּראָצענט פון LiC6 איז נידעריקער, אָבער נאָך שטייענדיק פֿאַר 20 שעה, די חילוק צווישן די צוויי איז געווען מינימאַל.

די פיגור אונטן ווייזט די פאַסע ענדערונג פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד בעשאַס די 20 שעה סטאָרידזש פּראָצעס. עס קענען זען פון די פיגור אַז כאָטש די פאַסעס פון די צוויי אַפּאָוזינג ילעקטראָודז זענען נאָך זייער אַנדערש אין די אָנהייב, ווי די סטאָרידזש צייט ינקריסיז, די צוויי טייפּס פון טשאַרדזשינג די בינע פון ​​די גראַפייט אַנאָוד אונטער די מאַגנאַפאַקיישאַן האט געביטן זייער נאָענט. LiC12 קענען פאָרזעצן צו זיין קאָנווערטעד צו LiC6 בעשאַס די שעלווינג פּראָצעס, וואָס ינדיקייץ אַז לי וועט פאָרזעצן צו זיין עמבעדיד אין די גראַפיטע בעשאַס די שעלווינג פּראָצעס. דעם טייל פון לי איז מסתּמא צו זייַן מעטאַלליק ליטהיום פּריסיפּיטייטיד די ייבערפלאַך פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד בייַ נידעריק טעמפּעראַטור. ווייַטער אַנאַליסיס געוויזן אַז אין די סוף פון טשאַרדזשינג אין די C/30 קורס, דער גראַד פון ליטהיום ינטערקאַליישאַן פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד איז 68%. נאָך, דער גראַד פון ליטהיום ינטערקאַליישאַן געוואקסן צו 71% נאָך שעלווינג, אַ פאַרגרעסערן פון 3%. אין די סוף פון טשאַרדזשינג אין די C / 5 קורס, די ליטהיום ינסערשאַן גראַד פון די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד איז געווען 58%, אָבער נאָך 20 שעה, עס געוואקסן צו 70%, אַ גאַנץ פאַרגרעסערן פון 12%.

די אויבן פאָרשונג ווייזט אַז ווען טשאַרדזשינג ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס, די באַטאַרייע קאַפּאַציטעט וועט פאַרמינערן רעכט צו דער דיטיריעריישאַן פון די קינעטיק טנאָים. עס וועט אויך אָפּזאַץ די ליטהיום מעטאַל אויף די ייבערפלאַך פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד רעכט צו דער פאַרקלענערן פון די גראַפייט ליטהיום ינסערשאַן קורס. אָבער, נאָך אַ פּעריאָד פון סטאָרידזש, דעם טייל פון מעטאַל ליטהיום קענען זיין עמבעדיד אין די גראַפייט ווידער; אין פאַקטיש נוצן, די פּאָליצע צייט איז אָפט קורץ, און עס איז קיין גאַראַנטירן אַז אַלע מעטאַלליק ליטהיום קענען זיין עמבעדיד אין די גראַפייט ווידער, אַזוי עס קען פאַרשאַפן עטלעכע מעטאַלליק ליטהיום צו פאָרזעצן צו עקסיסטירן אין די נעגאַטיוו ילעקטראָוד. די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע ס ייבערפלאַך וועט ווירקן די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע ס קאַפּאַציטעט און קען פּראָדוצירן ליטהיום דענדריטעס וואָס ענדיינדזשער די זיכערקייַט פון די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע. דעריבער, פּרובירן צו ויסמיידן טשאַרדזשינג די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס. נידעריק קראַנט, און נאָך באַשטעטיקן, ענשור גענוג פּאָליצע צייט צו עלימינירן די מעטאַל ליטהיום אין די נעגאַטיוו גראַפייט ילעקטראָוד.

דער אַרטיקל רעפערס דער הויפּט צו די פאלגענדע דאָקומענטן. דער באַריכט איז בלויז געניצט צו באַקענען און רעצענזיע שייַכות וויסנשאפטלעכע ווערק, קלאַסצימער לערנען און וויסנשאפטלעכע פאָרשונג. ניט פֿאַר געשעפט נוצן. אויב איר האָבן קיין קאַפּירייט ישוז, ביטע פילן פריי צו קאָנטאַקט אונדז.

1. קורס די פיייקייט פון גראַפייט מאַטעריאַלס ווי נעגאַטיוו ילעקטראָודז אין ליטהיום-יאָן קאַפּאַסאַטערז, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. ליטהיום פּלייטינג אין ליטהיום-יאָן באַטעריז ינוועסטאַגייטאַד דורך וואָולטידזש אָפּרו און אין סיטו נעוטראָן דיפראַקשאַן, זשורנאַל פון מאַכט קוואלן 342 (2017) 17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V. Erhard, Patrick J. Osswald, Michael Hofman , Ralf Gilles, Andreas Jossen

3. ליטהיום פּלייטינג אין ליטהיום-יאָן באַטעריז אין סאַב-אַמביאַנט טעמפּעראַטורעס ינוועסטאַגייטאַד דורך אין סיטו נעוטראָן דיפפראַקשאַן, זשורנאַל פון מאַכט קוואלן 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, ערהאַרד, דזשאָאַנאַ רעבעלאָ-קאָרנמעיער, אַנדרעאַס דזשאָסן, ראַלף זילז