Mehanizam formiranja i prevencija dendritičnog litija

Obrasca:

Jednostavno rečeno, dendritički litij znači da sadržaj litija ugrađenog u grafit premašuje njegovu toleranciju, a višak litijevih iona kombinirat će se s elektronima shuttled iz negativne elektrode i početi se taložiti na površini negativne elektrode. U procesu punjenja baterije, vanjska daje napon izvana, tako da se ioni litija unutar pozitivnog elektrodnog materijala mogu izdvojiti u elektrolitni medij. Slično tome, litij ioni u elektrolitu će se pomaknuti na sloj ugljika pod uvjetom vanjske razlike napona. Grafit ima slojeviti kanal, a litij će ući u kanal kako bi formirao ugljik-litij spoj s ugljikom, formirajući grafitni interkalacijski spoj kao što je LiCx (x=1~6). Elektrokemijska reakcija na negativnoj elektrodi litij baterije može se izraziti sljedećom formulom:

U ovoj formuli postoji parametar koji je, ako se to dvoje sažima, proizvodit će se dendritski litij. Ovdje je koncept da svatko je upoznat s, grafit intercalation spoj. Grafitni interlaminarni spojevi (GIC-i skraćeno) su kristalni spojevi koji koriste fizikalne ili kemijske metode za umetanje neugljičnih reaktanata između grafitnih slojeva i kombiniraju s heksagonalnom mrežnom ravninom ugljika uz održavanje slojevite grafitne strukture.

Značajke:

Dendritni litij se općenito deponira na kontaktnoj poziciji između separatora i negativne elektrode. Studenti koji imaju iskustva u rastavljanju baterija često bi trebali pronaći sloj sive građe na separatoru. Da, to je litij padalina. Dendritni litij je litij metal formiran nakon što litij ioni primaju elektrone, a litij metal više ne može formirati litij ione za sudjelovanje u reakcijama punjenja i pražnjenje baterije, što rezultira smanjenjem kapaciteta baterije. Dendritni litij raste od površine negativne elektrode prema separatoru. Ako se litij metal kontinuirano taloži, na kraju će probušiti razdjelnik i uzrokovati kratki spoj u bateriji, uzrokujući probleme sigurnosti baterije.

Utjecaj čimbenici:

Glavni čimbenici koji utječu na stvaranje dendritičkog litija su: hrapavost negativne površine elektroda, gradijent koncentracije litij-iona, gustoća struje itd. Osim toga, SEI film, vrsta elektrolita, koncentracija topljivaca, i učinkovita udaljenost između pozitivnih i negativnih elektroda sve utječu na dendritic Formiranje litija ima određeni utjecaj.

1. Površinska hrapavost negativne elektrode

Površinska hrapavost negativne elektrode utječe na stvaranje dendritičnog litija. Što je površina grubija, to više pomaže formiranju dendritičnog litija. Formiranje dendritičkog litija uključuje elektrokemiju, kristalografiju, termodinamiku, i kinetiku. David R. Ely Postoji detaljan opis u članku.

2. Gradijent koncentracije litij-iona i distribucija

Nakon što se ioni litija izdvajaju iz pozitivnog elektrodnog materijala, oni prolaze kroz elektrolit i razdjelnik te pri negativnoj elektrodi prihvaćaju elektrone. Tijekom procesa punjenja koncentracija litij-iona pozitivne elektrode postupno se povećava, a koncentracija litij-iona negativne elektrode se smanjuje zbog kontinuiranog prihvaćanja elektrona. U razrijeđenoj otopini s visokom gustoću struje koncentracija iona postat će 0. Na temelju toga, Fleury et al. Model uspostavljen s Chazalvielom pokazuje da kada se koncentracija iona smanji na 0, negativna elektroda će formirati lokalno svemirsko punjenje i formirati dendritičku strukturu. Stopa rasta dendritske strukture jednaka je ionskoj migracijskoj stopi u elektrolitu.

3. Gustoća struje

U članku Dendrite Rast u Litij / Polimer sustavi, autor smatra da je stopa rasta savjeta dendritičkog litija usko povezana s trenutnom gustoću, kao što je prikazano u sljedećoj formuli:

Ako je trenutačna gustoća smanjena, rast dendritičkog litija može se u određenoj mjeri odgoditi, kao što je prikazano na slici ispod:

Kako izbjeći:

Mehanizam formiranja dendritičnog litija je još uvijek jasan, ali postoje mnogi modeli rasta litija metala. Prema formiranju dendritičnog litija i faktora koji utječu, formiranje dendritičnog litija može se izbjeći iz sljedećih aspekata:

1). Kontrolirajte ravnost negativne površine materijala elektrode.

2). Veličina čestica negativne elektrode treba biti manja od kritičnog termodinamičkog radijusa.

3). Regulirajte ovlaživost elektrodepozita.

4). Ograničite potencijal oplate ispod kritične vrijednosti. Osim toga, tradicionalni mehanizam punjenja i pražnjenje može se poboljšati. Na primjer, može se razmotriti metoda pulsa.

5). Dodajte dodatke elektrolita koji stabiliziraju negativno elektrodno-elektrolitsko sučelje

6). Zamijenite tekući elektrolit gelom velike čvrstoće/čvrstim elektrolitom

7). Uspostavite zaštitni sloj litij-anodne površine visoke čvrstoće

Konačno, ostavite dva pitanja na kraju članka da svi raspravljaju:

1). Gdje dolazi do elektrokemijske reakcije litij-iona? Jedan je prijenos mase u čvrstoj fazi nakon što elektrokemijska reakcija litijevih iona na grafitnoj površini dođe do zasićenosti. Drugi je da ioni litija migriraju u grafitne slojeve kroz granice zrna grafitnih kristalita, i reagiraju unutar grafita.

2). Javlja li se reakcija između litijevih iona i grafitnih spojeva ugljik-litij i dendritičnog litija istovremeno ili sekvencalno?