Mechanismus tvorby a prevence dendritického lithia

Formulář:

Jednoduše řečeno, dendritické lithium znamená, že obsah lithia vloženého do grafitu překračuje jeho toleranci a přebytečné lithiové ionty se kombinují s elektrony, které jsou vysunout z negativní elektrody a začnou se usazovat na povrchu negativní elektrody. V procesu nabíjení baterie, vnější dává napětí na vnější straně, takže lithium-ionty uvnitř materiálu pozitivní elektrody mohou být extrahovány do elektrolytového média. Podobně se lithium-ionty v elektrolytu přesunou do uhlíkové vrstvy za podmínky vnějšího napětí. Grafit má vrstvený kanál a lithium vstoupí do kanálu a vytvoří uhlík-lithiovou sloučeninu s uhlíkem, která tvoří grafitovou interkapacitní sloučeninu, jako je LiCx (x = 1 ~ 6). Elektrochemická reakce na zápornou elektrodu lithiové baterie může být vyjádřena následujícím vzorcem:

V tomto vzorci je parametr, který je, pokud jsou tyto dvě, bude vyrobeno dendritické lithium. Zde je koncept, který každý je obeznámen s, grafitové interkalace sloučenina. Grafitové interlaminární sloučeniny (gic pro krátké) jsou krystalické sloučeniny, které používají fyzikální nebo chemické metody k vkládání nekarbonových reaktantů mezi grafitové vrstvy a kombinují se s šestihrannou síťovou rovinou uhlíku při zachování vrstvené grafitové struktury.

Funkce:

Dendritové lithium je obvykle uloženo na kontaktní pozici mezi separátorem a zápornou elektrodou. Studenti, kteří mají zkušenosti s demontáží baterií, by často měli najít vrstvu šedého materiálu na separátoru. Ano, je to lithiové srážky. Dendritové lithium je lithiový kov vytvořený po přijetí lithium-iontů elektrony a lithiový kov již nemůže tvořit lithium-ionty k účasti na reakci nabití a vybíjení baterie, což vede ke snížení kapacity baterie. Dendritové lithium roste z povrchu negativní elektrody směrem k separátoru. Pokud je lithiový kov neustále uložen, nakonec propíchne separátor a způsobí zkrat v baterii, což způsobí problémy s bezpečností baterie.

Ovlivňující faktory:

Hlavními faktory ovlivňujícími tvorbu dendritického lithia jsou: drsnost povrchu negativní elektrody, gradient koncentrace lithium-iontů, hustota proudu atd. Kromě toho, SEI film, typ elektrolytu, koncentrace rozpuštěných roztoků, a efektivní vzdálenost mezi pozitivní a negativní elektrody všechny ovlivňují dendritické Tvorba lithia má určitý vliv.

1. Drsnost povrchu záporné elektrody

Drsnost povrchu negativní elektrody ovlivňuje tvorbu dendritického lithia. Čím drsnější je povrch, tím příznivější je tvorba dendritického lithia. Tvorba dendritického lithia zahrnuje elektrochemii, krystalografii, termodynamiku a kinetiku. David R. Ely V článku je podrobný popis.

2. Gradient koncentrace a distribuce lithium-iontových iontů

Po extrakci lithium-iontů z materiálu pozitivní elektrody procházejí elektrolytem a separátorem a přijímají elektrony na zápornou elektrodu. Během nabíjení se koncentrace lithium-iontů pozitivní elektrody postupně zvyšuje a koncentrace lithium-iontů záporné elektrody klesá v důsledku neustálého přijímání elektronů. Ve zředěném roztoku s vysokou hustotou proudu se koncentrace iontů změní na 0. Na tomto základě, Fleury et al. Model vytvořený s Chazalviel ukazuje, že když je koncentrace iontů snížena na 0, záporná elektroda vytvoří lokální prostorový náboj a vytvoří dendritickou strukturu. Rychlost růstu dendritické struktury je stejná jako rychlost migrace iontů v elektrolytu.

3. Hustota proudu

V článku Dendrite Růst v lithium / polymerní systémy, autor se domnívá, že špička rychlost růstu dendritic lithia úzce souvisí s aktuální hustotou, jak je znázorněno v následujícím vzorci:

Pokud je současná hustota snížena, může být růst dendritického lithia do určité míry zpožděn, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Jak se vyhnout:

Formovací mechanismus dendritického lithia je stále jasný, ale existuje mnoho růstových modelů lithiového kovu. Podle tvorby dendritického lithia a ovlivňujících faktorů se lze vyhnout tvorbě dendritického lithia z následujících hledisek:

1). Ovládejte rovinnost povrchu materiálu záporné elektrody.

2). Velikost záporných částic elektrody by měla být menší než kritický termodynamický poloměr.

3). Regulovat smáčivost elektrodopozitů.

4). Omezte potenciál pokovování pod kritickou hodnotou. Kromě toho lze zlepšit tradiční nabíjecí a vybíjecí mechanismus. Například lze uvažovat o pulzní metodě.

5). Přidejte elektrolytové přísady, které stabilizují rozhraní negativní elektrody a elektrolytu

6). Nahraďte tekutý elektrolyt vysokopevnostním gelem/pevným elektrolytem

7). Vytvořte vysokol pevnostní povrchovou ochrannou vrstvu lithiové anody

Nakonec nechte dvě otázky na konci článku, aby všichni diskutovali:

1). Kde dochází k elektrochemické reakci lithium-iontových iontů? Jedním z nich je přenos hmotnosti pevné fáze poté, co elektrochemická reakce lithiových iontů na povrchu grafitu dosáhne nasycení. Druhým je, že lithium-ionty migrují do grafitových vrstev přes hranice zrna grafitových krystalilitů a reagují uvnitř grafitu.

2). Dochází k reakci mezi lithium-ionty a grafitem a sloučeninami uhlíku a lithia a dendritického lithia současně nebo postupně?