By hoppt
Ang pagsabut sa hinungdan o mekanismo sa kapakyasan sa lithium iron phosphate nga mga baterya hinungdanon kaayo alang sa pagpaayo sa performance sa baterya ug sa dako nga produksyon ug paggamit niini. Gihisgotan niini nga artikulo ang mga epekto sa mga hugaw, mga pamaagi sa pagporma, mga kondisyon sa pagtipig, pag-recycle, sobrang bayad, ug sobra nga pag-discharge sa pagkapakyas sa baterya.
Sa proseso sa produksiyon, ang mga personahe, kagamitan, hilaw nga materyales, pamaagi, ug kalikopan ang panguna nga hinungdan nga nakaapekto sa kalidad sa produkto. Sa proseso sa produksiyon sa LiFePO4 power batteries, personnel ug ekipo iya sa sakup sa pagdumala, mao nga kita nag-una sa paghisgot sa katapusan nga tulo ka epekto hinungdan.
Atol sa synthesis sa LiFePO4, adunay gamay nga gidaghanon sa mga hugaw sama sa Fe2O3 ug Fe. Kini nga mga hugaw maminusan sa ibabaw sa negatibo nga electrode ug mahimong motusok sa diaphragm ug mahimong hinungdan sa internal nga short circuit. Kung ang LiFePO4 maladlad sa hangin sa dugay nga panahon, ang kaumog makadaot sa baterya. Sa sayong bahin sa pagkatigulang, ang amorphous iron phosphate naporma sa nawong sa materyal. Ang lokal nga komposisyon ug istruktura niini susama sa LiFePO4(OH); uban ang pagsal-ot sa OH, ang LiFePO4 padayon nga gigamit, Gipakita ingon nga pagtaas sa gidaghanon; sa ulahi hinayhinay nga gi-rekristal aron maporma ang LiFePO4(OH). Ang Li3PO4 kahugawan sa LiFePO4 kay electrochemically inert. Ang mas taas nga hugaw nga sulod sa graphite anode, mas dako ang dili mabalik nga pagkawala sa kapasidad.
Ang dili mabalik nga pagkawala sa aktibo nga mga lithium ion una nga gipakita sa mga lithium ion nga gigamit samtang nagporma sa solid electrolyte interfacial membrane. Nakaplagan sa mga pagtuon nga ang pagtaas sa temperatura sa pagporma magpahinabog mas dili mabalik nga pagkawala sa mga lithium ions. Kung ang temperatura sa pagporma madugangan, ang proporsyon sa mga dili organikong sangkap sa SEI nga pelikula motaas. Ang gas nga gipagawas sa panahon sa pagbag-o gikan sa organikong bahin nga ROCO2Li hangtod sa dili organikong sangkap nga Li2CO3 magpahinabog daghang mga depekto sa pelikula sa SEI. Daghang gidaghanon sa mga lithium ion nga natunaw sa kini nga mga depekto ang ma-embed sa negatibo nga graphite electrode.
Atol sa pagporma, ang komposisyon ug gibag-on sa SEI nga pelikula nga naporma pinaagi sa ubos nga kasamtangan nga pag-charge managsama apan makagugol sa panahon; high-current charging hinungdan sa dugang nga side reactions nga mahitabo, nga moresulta sa dugang nga irreversible lithium-ion nga pagkawala ug ang negatibo nga electrode interface impedance mosaka usab, apan kini makadaginot sa oras. Panahon; Karong panahona, ang paagi sa pagporma sa gamay nga kasamtangan nga kanunay nga karon-dako nga kasamtangan nga kanunay nga kasamtangan ug kanunay nga boltahe gigamit nga mas kanunay aron kini makakuha sa mga bentaha sa duha ngadto sa asoy.
Sa aktuwal nga produksyon, ang baterya dili kalikayan nga makontak sa hangin tungod kay ang positibo ug negatibo nga mga materyales kasagaran micron o nano-kadako nga mga partikulo, ug ang mga solvent nga molekula sa electrolyte adunay dagkong electronegative carbonyl nga mga grupo ug metastable carbon-carbon double bonds. Ang tanan dali nga mosuhop sa kaumog sa hangin.
Ang mga molekula sa tubig mo-react sa lithium salt (ilabi na ang LiPF6) sa electrolyte, nga madugta ug mout-ot sa electrolyte (decomposes aron maporma ang PF5) ug mogama sa acidic nga substansiya nga HF. Ang PF5 ug HF moguba sa SEI nga pelikula, ug ang HF mopasiugda usab sa pagkadunot sa LiFePO4 nga aktibong materyal. Ang mga molekula sa tubig mag-delithiate usab sa lithium-intercalated graphite nga negatibo nga electrode, nga mahimong lithium hydroxide sa ilawom sa SEI film. Dugang pa, ang O2 nga natunaw sa electrolyte makapadali usab sa pagkatigulang sa LiFePO4 nga mga baterya.
Sa proseso sa produksiyon, dugang sa proseso sa produksiyon nga nakaapekto sa pasundayag sa baterya, ang mga nag-unang hinungdan nga hinungdan sa pagkapakyas sa baterya sa LiFePO4 nga gahum naglakip sa mga hugaw sa hilaw nga materyales (lakip ang tubig) ug ang proseso sa pagporma, mao nga ang kaputli sa materyal, ang pagkontrol sa humidity sa kinaiyahan, ang pamaagi sa pagporma, ug uban pa. Ang mga hinungdan hinungdanon.
Atol sa kinabuhi sa serbisyo sa usa ka baterya sa kuryente, kadaghanan sa oras niini naa sa kahimtang sa estante. Kasagaran, pagkahuman sa taas nga oras sa pag-iimbak, ang pasundayag sa baterya mokunhod, kasagaran nagpakita sa pagtaas sa internal nga pagsukol, pagkunhod sa boltahe, ug pagkunhod sa kapasidad sa pagdiskarga. Daghang mga hinungdan ang hinungdan sa pagkadaot sa pasundayag sa baterya, diin ang temperatura, kahimtang sa bayad, ug oras mao ang labing dayag nga mga hinungdan nga nag-impluwensya.
Kassem ug uban pa. gisusi ang pagkatigulang sa LiFePO4 nga mga baterya sa kuryente sa ilawom sa lainlaing mga kondisyon sa pagtipig. Nagtuo sila nga ang mekanismo sa pagkatigulang mao ang panguna nga reaksyon sa kilid sa positibo ug negatibo nga mga electrodes. Ang electrolyte (itandi sa kilid reaksyon sa positibo nga electrode, ang kilid reaksyon sa negatibo nga graphite electrode mas bug-at, nag-una tungod sa solvent. Decomposition, ang pagtubo sa SEI film) nagaut-ut sa aktibo nga lithium ions. Sa parehas nga oras, ang tibuuk nga impedance sa baterya nagdugang, ang pagkawala sa mga aktibo nga lithium ions nagdala sa pagkatigulang sa baterya kung kini nahabilin. Ang pagkawala sa kapasidad sa LiFePO4 nga mga baterya sa kuryente nagdugang sa pagtaas sa temperatura sa pagtipig. Sa kasukwahi, samtang ang kahimtang sa pagtipig sa bayad nagdugang, ang pagkawala sa kapasidad mas gamay.
Grolleau ug uban pa. nakab-ot usab ang parehas nga konklusyon: ang temperatura sa pagtipig adunay labi ka hinungdanon nga epekto sa pagkatigulang sa mga baterya sa kuryente sa LiFePO4, gisundan sa kahimtang sa pagtipig sa bayad, ug usa ka yano nga modelo ang gisugyot. Makatagna kini sa pagkawala sa kapasidad sa LiFePO4 power battery base sa mga hinungdan nga may kalabutan sa oras sa pagtipig (temperatura ug estado sa bayad). Sa usa ka piho nga estado sa SOC, samtang ang oras sa estante nagdugang, ang lithium sa graphite mokatap sa ngilit, nga magporma usa ka komplikado nga compound nga adunay electrolyte ug mga electron, nga moresulta sa pagtaas sa proporsyon sa dili mabalik nga mga lithium ions, pagpalapot sa SEI, ug conductivity. Ang pagtaas sa impedance tungod sa pagkunhod (inorganic nga mga sangkap modaghan, ug ang uban adunay higayon nga matunaw pag-usab) ug ang pagkunhod sa kalihokan sa ibabaw sa electrode nga magkauban hinungdan sa pagkatigulang sa baterya.
Bisan unsa pa ang kahimtang sa pag-charge o estado sa pagdiskarga, ang calorimetry sa differential scanning wala makakitag bisan unsang reaksyon tali sa LiFePO4 ug lain-laing electrolytes (ang electrolyte kay LiBF4, LiAsF6, o LiPF6) sa range sa temperatura gikan sa temperatura sa lawak ngadto sa 85°C. Bisan pa, kung ang LiFePO4 naunlod sa electrolyte sa LiPF6 sa dugay nga panahon, kini magpakita gihapon sa piho nga pagkaaktibo. Tungod kay ang reaksyon sa pagporma sa interface dugay, wala pa'y passivation film sa ibabaw sa LiFePO4 aron mapugngan ang dugang nga reaksyon sa electrolyte human sa pagpaunlod sulod sa usa ka bulan.
Sa estado sa shelving, ang dili maayo nga mga kondisyon sa pagtipig (taas nga temperatura ug taas nga kahimtang sa bayad) magpataas sa lebel sa pag-discharge sa kaugalingon sa LiFePO4 nga gahum nga baterya, nga maghimo sa pagkatigulang sa baterya nga mas klaro.
Ang mga baterya sa kasagaran nagpagawas sa kainit sa panahon sa paggamit, busa ang impluwensya sa temperatura mahinungdanon. Dugang pa, ang kahimtang sa dalan, paggamit, ug temperatura sa palibot adunay lainlaing epekto.
Ang pagkawala sa aktibo nga mga lithium ion kasagaran hinungdan sa pagkawala sa kapasidad sa LiFePO4 nga mga baterya sa kuryente sa panahon sa pagbisikleta. Dubarry ug uban pa. nagpakita nga ang pagkatigulang sa LiFePO4 power batteries sa panahon sa pagbisikleta tungod sa usa ka komplikadong proseso sa pagtubo nga naggamit sa functional lithium-ion SEI film. Niini nga proseso, ang pagkawala sa aktibo nga mga lithium ions direkta nga nagpamenos sa retention rate sa kapasidad sa baterya; ang padayon nga pagtubo sa SEI nga pelikula, sa usa ka bahin, hinungdan sa pagtaas sa polarization nga pagsukol sa baterya. Sa samang higayon, ang gibag-on sa SEI nga pelikula baga kaayo, ug ang electrochemical performance sa graphite anode. Kini partially dili aktibo sa kalihokan.
Atol sa taas nga temperatura nga pagbisikleta, ang Fe2+ sa LiFePO4 matunaw sa usa ka sukod. Bisan tuod ang gidaghanon sa Fe2 + dissolved walay mahinungdanon nga epekto sa kapasidad sa positibo nga electrode, ang dissolution sa Fe2 + ug ang ulan sa Fe sa negatibo nga graphite electrode magdula sa usa ka catalytic papel sa pagtubo sa SEI film. . Tan quantitatively pag-analisar diin ug diin ang aktibo nga lithium ions nawala ug nakit-an nga kadaghanan sa pagkawala sa aktibo nga lithium ions nahitabo sa ibabaw sa negatibo nga graphite electrode, ilabi na sa panahon sa taas nga temperatura nga mga siklo, nga mao, ang taas nga temperatura nga siklo sa pagkawala sa kapasidad. mas paspas, ug gisumada ang SEI nga pelikula Adunay tulo ka lain-laing mga mekanismo sa kadaot ug pag-ayo:
Dugang pa sa pagkawala sa mga aktibo nga lithium ion, ang positibo ug negatibo nga mga materyales madaot sa panahon sa pag-recycle. Ang panghitabo sa mga liki sa LiFePO4 electrode sa panahon sa pag-recycle hinungdan sa electrode polarization sa pagdugang ug ang conductivity sa taliwala sa mga aktibo nga materyal ug sa conductive ahente o kasamtangan nga collector sa pagkunhod. Nagpure migamit Scanning Extended Resistance Microscopy (SSRM) sa semi-quantitatively pagtuon sa mga kausaban sa LiFePO4 human sa pagkatigulang ug nakit-an nga ang coarsening sa LiFePO4 nanoparticle ug ibabaw deposito nga gihimo sa piho nga kemikal nga mga reaksiyon sa tingub misangpot sa usa ka pagtaas sa impedance sa LiFePO4 cathodes. Dugang pa, ang pagkunhod sa aktibo nga nawong ug ang pag-exfoliation sa mga graphite electrodes tungod sa pagkawala sa aktibo nga graphite nga materyal giisip usab nga hinungdan sa pagkatigulang sa baterya. Ang pagkawalay kalig-on sa graphite anode maoy hinungdan sa pagkawalay kalig-on sa SEI film ug pagpalambo sa konsumo sa aktibong lithium ions.
Ang high-rate nga discharge sa baterya makahatag og mahinungdanong gahum alang sa electric vehicle; sa ato pa, mas maayo ang performance sa rate sa power battery, mas maayo ang acceleration performance sa electric car. Ang mga resulta sa panukiduki ni Kim et al. nagpakita nga ang nagka-edad nga mekanismo sa LiFePO4 positibo nga electrode ug graphite negatibo nga electrode mao ang lain-laing mga: uban sa pagtaas sa discharge rate, ang kapasidad sa pagkawala sa positibo nga electrode pagtaas labaw pa kay sa negatibo nga electrode. Ang pagkawala sa kapasidad sa baterya sa panahon sa mubu nga rate sa pagbisikleta nag-una tungod sa pagkonsumo sa mga aktibo nga lithium ions sa negatibo nga electrode. Sa kasukwahi, ang pagkawala sa kuryente sa baterya sa panahon sa high-rate nga pagbisikleta tungod sa pagtaas sa impedance sa positibo nga electrode.
Bisan kung ang giladmon sa pag-discharge sa gahum nga baterya nga gigamit dili makaapekto sa pagkawala sa kapasidad, kini makaapekto sa pagkawala sa kuryente: ang katulin sa pagkawala sa kuryente nagdugang sa pagtaas sa giladmon sa pag-discharge. Kini tungod sa pagsaka sa impedance sa SEI film ug sa pagtaas sa impedance sa tibuok nga baterya. Kini direktang may kalabutan. Bisan kung may kalabotan sa pagkawala sa aktibo nga mga lithium ions, ang taas nga limitasyon sa boltahe sa pag-charge wala’y dayag nga impluwensya sa pagkapakyas sa baterya, ang usa ka ubos kaayo o taas nga taas nga limitasyon sa boltahe sa pag-charge makadugang sa interface impedance sa LiFePO4 electrode: usa ka ubos nga taas. ang limit nga boltahe dili mogana. Ang passivation film naporma sa yuta, ug ang taas kaayo nga limitasyon sa boltahe maoy hinungdan sa oxidative Decomposition sa electrolyte. Maghimo kini og usa ka produkto nga adunay ubos nga conductivity sa ibabaw sa LiFePO4 electrode.
Ang discharge nga kapasidad sa LiFePO4 nga gahum nga baterya paspas nga mahulog kung ang temperatura mokunhod, nag-una tungod sa pagkunhod sa ion conductivity ug pagtaas sa interface impedance. Gituon ni Li ang LiFePO4 cathode ug graphite anode nga gilain ug nakit-an nga ang mga nag-unang control factor nga naglimite sa ubos nga temperatura nga performance sa anode ug anode lahi. Ang pagkunhod sa ionic conductivity sa LiFePO4 cathode mao ang dominante, ug ang pagtaas sa interface impedance sa graphite anode mao ang nag-unang rason.
Atol sa paggamit, ang pagkadaot sa LiFePO4 electrode ug graphite anode ug ang padayon nga pagtubo sa SEI film hinungdan sa pagkapakyas sa baterya sa lain-laing ang-ang. Dugang pa, dugang sa dili makontrol nga mga hinungdan sama sa kahimtang sa dalan ug temperatura sa palibot, ang regular nga paggamit sa baterya hinungdanon usab, lakip ang angay nga boltahe sa pag-charge, ang angay nga giladmon sa pag-discharge, ug uban pa.
Ang baterya sa kasagaran dili kalikayan nga mag-overcharge sa panahon sa paggamit. Adunay gamay nga over-discharge. Ang init nga gipagawas sa panahon sa overcharge o over-discharge lagmit nga matipon sa sulod sa baterya, nga dugang nga pagtaas sa temperatura sa baterya. Kini makaapekto sa kinabuhi sa serbisyo sa baterya ug mopataas sa posibilidad sa sunog o pagbuto sa bagyo. Bisan sa ilalum sa regular nga pag-charge ug pagdiskarga nga mga kondisyon, samtang ang gidaghanon sa mga siklo nagdugang, ang kapasidad nga dili managsama sa mga single cell sa sistema sa baterya modaghan. Ang baterya nga adunay labing ubos nga kapasidad moagi sa proseso sa pag-charge ug over-discharging.
Bisan kung ang LiFePO4 adunay labing kaayo nga kalig-on sa thermal kumpara sa ubang mga positibo nga materyal sa electrode sa ilawom sa lainlaing mga kondisyon sa pag-charge, ang sobra nga pag-charge mahimo usab nga hinungdan sa dili luwas nga mga peligro sa paggamit sa mga baterya sa kuryente sa LiFePO4. Sa overcharged nga estado, ang solvent sa organic electrolyte mas prone sa oxidative Decomposition. Taliwala sa kasagarang gigamit nga mga organikong solvent, ang ethylene carbonate (EC) mas gusto nga moagi sa oxidative Decomposition sa nawong sa positibo nga electrode. Tungod kay ang potensyal sa pagsulod sa lithium (kumpara sa potensyal sa lithium) sa negatibo nga graphite electrode mabaw, ang pag-ulan sa lithium lagmit sa negatibo nga graphite electrode.
Usa sa mga nag-unang hinungdan sa pagkapakyas sa baterya sa ilawom sa sobra nga bayad nga mga kondisyon mao ang internal nga short circuit nga gipahinabo sa mga sanga sa kristal nga lithium nga nagtusok sa diaphragm. Lu ug uban pa. gi-analisar ang mekanismo sa kapakyasan sa lithium plating sa graphite nga kontra sa electrode surface tungod sa overcharge. Ang mga resulta nagpakita nga ang kinatibuk-ang istruktura sa negatibo nga graphite electrode wala mausab, apan adunay mga lithium kristal nga mga sanga ug ibabaw nga pelikula. Ang reaksyon sa lithium ug electrolyte hinungdan sa pag-usbaw sa ibabaw nga pelikula nga padayon, nga nag-ut-ot sa mas aktibo nga lithium ug nagpahinabo sa lithium sa pagkatag ngadto sa graphite. Ang negatibo nga electrode nahimong mas komplikado, nga dugang nga pagpalambo sa lithium deposition sa nawong sa negatibo nga electrode, nga miresulta sa usa ka dugang nga pagkunhod sa kapasidad ug coulombic efficiency.
Dugang pa, ang mga hugaw sa metal (ilabi na ang Fe) kasagarang gikonsiderar nga usa sa mga nag-unang hinungdan sa pagkapakyas sa overcharge sa baterya. Xu ug uban pa. sistematikong gitun-an ang mekanismo sa pagkapakyas sa mga baterya sa kuryente sa LiFePO4 ubos sa mga kondisyon sa overcharge. Ang mga resulta nagpakita nga ang redox sa Fe sa panahon sa overcharge/discharge cycle mao ang theoretically posible, ug ang reaksyon mekanismo gihatag. Kung mahitabo ang sobra nga bayad, ang Fe una nga na-oxidize sa Fe2 +, ang Fe2 + labi nga nadaot sa Fe3 +, ug dayon ang Fe2 + ug Fe3 + gikuha gikan sa positibo nga electrode. Ang usa ka kilid mikaylap ngadto sa negatibo nga bahin sa elektrod, ang Fe3 + sa katapusan mikunhod ngadto sa Fe2 +, ug ang Fe2 + dugang nga pagkunhod aron maporma ang Fe; sa diha nga ang overcharge/discharge cycles, ang Fe kristal nga mga sanga magsugod sa positibo ug negatibo nga mga electrodes sa samang higayon, pagtusok sa separator sa paghimo sa Fe tulay, nga moresulta sa micro battery Short circuit, ang dayag nga panghitabo nga nag-uban sa micro short circuit sa baterya mao ang padayon nga pagtaas sa temperatura human sa sobra nga pag-charge.
Atol sa overcharge, ang potensyal sa negatibo nga electrode mobangon paspas. Ang potensyal nga pag-uswag makaguba sa SEI nga pelikula sa ibabaw sa negatibo nga electrode (ang bahin nga dato sa inorganic nga mga compound sa SEI nga pelikula mas lagmit nga ma-oxidized), nga maoy hinungdan sa dugang nga Decomposition sa electrolyte, nga moresulta sa pagkawala sa kapasidad. Labaw sa tanan, ang negatibo nga kasamtangan nga kolektor Cu foil ma-oxidized. Sa SEI nga pelikula sa negatibo nga electrode, Yang et al. nakit-an ang Cu2O, ang produkto sa oksihenasyon sa Cu foil, nga makadugang sa internal nga pagsukol sa baterya ug hinungdan sa pagkawala sa kapasidad sa bagyo.
Siya et al. gitun-an ang over-discharge nga proseso sa LiFePO4 power batteries sa detalye. Ang mga resulta nagpakita nga ang negatibo nga kasamtangan nga collector Cu foil mahimong oxidized ngadto sa Cu + sa panahon sa over-discharge, ug ang Cu + dugang nga oxidized ngadto sa Cu2 +, human niini sila mikaylap ngadto sa positibo nga electrode. Ang usa ka pagkunhod nga reaksyon mahimong mahitabo sa positibo nga electrode. Niining paagiha, kini maporma nga kristal nga mga sanga sa positibo nga bahin sa elektrod, motusok sa separator ug magpahinabog micro short circuit sa sulod sa baterya. Usab, tungod sa sobra nga pag-discharge, ang temperatura sa baterya magpadayon sa pagtaas.
Ang overcharge sa LiFePO4 power battery mahimong hinungdan sa oxidative electrolyte decomposition, lithium evolution, ug pagporma sa Fe crystal branches; Ang sobra nga pag-discharge mahimong hinungdan sa kadaot sa SEI, nga moresulta sa pagkadaot sa kapasidad, oksihenasyon sa Cu foil, ug bisan ang hitsura sa mga sanga sa kristal nga Cu.
Tungod sa kinaiyanhon nga ubos nga conductivity sa LiFePO4, ang morpolohiya ug gidak-on sa materyal mismo ug ang mga epekto sa conductive agent ug binders dali nga gipakita. Gaberscek ug uban pa. naghisgot sa duha ka nagkasumpaki nga mga hinungdan sa gidak-on ug carbon taklap, ug nakit-an nga ang electrode impedance sa LiFePO4 nalangkit lamang sa kasagaran nga gidak-on sa partikulo. Ang mga depekto sa anti-site sa LiFePO4 (Fe nag-okupar sa Li nga mga site) adunay partikular nga epekto sa performance sa baterya: tungod kay ang transmission sa lithium ions sulod sa LiFePO4 usa ka dimensyon, kini nga depekto makababag sa komunikasyon sa lithium ions; tungod sa pagpaila sa taas nga valence states Tungod sa dugang nga electrostatic repulsion, kini nga depekto mahimo usab nga hinungdan sa pagkawalay kalig-on sa LiFePO4 nga istruktura.
Ang dagkong mga partikulo sa LiFePO4 dili hingpit nga malipay sa pagtapos sa pag-charge; ang nano-structured nga LiFePO4 makapakunhod sa mga depekto sa inversion, apan ang taas nga enerhiya sa nawong niini maoy hinungdan sa self-discharge. Ang PVDF mao ang labing kasagarang gigamit nga binder sa pagkakaron, nga adunay mga disbentaha sama sa reaksyon sa taas nga temperatura, pagkatunaw sa dili tubig nga electrolyte, ug dili igo nga pagka-flexible. Kini adunay partikular nga epekto sa pagkawala sa kapasidad ug kinabuhi sa siklo sa LiFePO4. Dugang pa, ang kasamtangang collector, diaphragm, electrolyte composition, production process, human factors, external vibration, shock, ug uban pa, makaapekto sa performance sa baterya sa lain-laing ang-ang.
Reperensya: Miao Meng et al. "Pag-uswag sa Pagpanukiduki sa Pagkapakyas sa Lithium Iron Phosphate Power Batteries."
tubag sa sulod sa 6 ka oras, bisan unsa nga mga pangutana mao ang welcome!
