Modh anailíse chun cadhnraí litiam-ian a theipeadh as a chéile

Modh anailíse chun cadhnraí litiam-ian a theipeadh as a chéile

Is fadhb choitianta é teip ag dul in aois cadhnraí litiam-ian, agus tá an laghdú ar fheidhmíocht na ceallraí go príomha mar gheall ar imoibrithe díghrádaithe ceimiceacha ag na leibhéil ábhair agus leictreoid (Fíor 1). Áirítear le díghrádú na leictreoidí blocáil seicní agus pores ar chiseal dromchla an leictreoid, chomh maith le teip scoilteanna leictreoid nó greamaitheacht; Áirítear le díghrádú ábhar foirmiú scannáin ar dhromchlaí na gcáithníní, scoilteadh cáithníní, díorma cáithníní, claochlú struchtúrach ar dhromchlaí na gcáithníní, díscaoileadh agus imirce eilimintí miotail, etc. Dá bhrí sin, tá tuiscint críochnúil ar an meicníocht díghrádaithe a tharlaíonn taobh istigh den cheallraí ríthábhachtach chun an meicníocht teip a anailísiú agus saol na ceallraí a leathnú. Déanann an t-alt seo achoimre ar na modhanna chun seancheallraí litiam-ian a dhíchóimeáil agus na teicnící tástála fisiceacha agus ceimiceacha a úsáidtear chun ábhair cheallraí a anailísiú agus a dhíchóimeáil.

Fíor 1 Forbhreathnú ar mheicníochtaí teip aosaithe agus modhanna anailíse coitianta maidir le díghrádú leictreoid agus ábhar i gcadhnraí litiam-ian

1. Modh díchumhachtaithe ceallraí

Léirítear an próiseas díchóimeála agus anailíse maidir le cadhnraí aosaithe agus teipthe i bhFíor 2, a chuimsíonn go príomha:

(1) Réamh-iniúchadh ceallraí;

(2) Urscaoileadh chuig voltas scoite nó stát SOC áirithe;

(3) Aistriú chuig timpeallacht rialaithe, mar shampla seomra a thriomú;

(4) Dícheangail agus oscail an ceallraí;

(5) Comhpháirteanna éagsúla a scaradh, mar shampla leictreoid dhearfach, leictreoid dhiúltach, scairt, leictrilít, srl;

(6) Déan anailís fhisiceach agus cheimiceach ar gach cuid.

Fíor 2 Próiseas Díchóimeála agus Anailíse ar Aosú agus Cadhnraí Teip

1.1 Réamh-iniúchadh agus tástáil neamh-millteach ar chadhnraí litiam-ian roimh dhíchóimeáil

Sula ndéantar cealla a dhíchóimeáil, is féidir le modhanna tástála neamh-millteach réamhthuiscint a sholáthar ar mheicníocht tanúcháin na ceallraí. Áirítear ar na modhanna tástála coitianta go príomha:

(1) Tástáil acmhainne: De ghnáth is sainairíonna é staid aosaithe ceallraí ná a shláinte (SOH), arb é an cóimheas idir acmhainn urscaoilte na ceallraí ag am t aosaithe agus an acmhainn urscaoilte ag am t=0. Mar gheall ar an bhfíric go mbraitheann an cumas urscaoilte go príomha ar theocht, doimhneacht urscaoilte (DOD), agus sruth urscaoilte, de ghnáth is gá seiceáil rialta ar choinníollacha oibriúcháin chun monatóireacht a dhéanamh ar SOH, mar shampla teocht 25 ° C, DOD 100%, agus ráta urscaoilte 1C. .

(2) Anailís ar Thoilleadh Difreálach (ICA): Tagraíonn acmhainn dhifreálach don chuar dQ/dV-V, ar féidir leis an ardchlár voltais agus an pointe infhillte sa chuar voltais a thiontú ina bhuaiceanna dQ/dV. Is féidir le monatóireacht a dhéanamh ar athruithe i mbuaiceanna dQ/dV (buaic-déine agus buaicaistriú) le linn aosaithe faisnéis a fháil amhail caillteanas ábhar gníomhach/caillteanas teagmhála leictreach, athruithe ceimiceacha ceallraí, urscaoileadh, faoi mhuirear, agus éabhlóid litiam.

(3) Speictreascópacht impedance leictriceimiceach (EIS): Le linn an phróisis ag dul in aois, is gnách go n-ardóidh impedance na ceallraí, rud a fhágann go dtiocfaidh cinéitic níos moille, atá i bpáirt mar gheall ar lobhadh acmhainne. Is é an chúis atá leis an méadú ar impedance ná na próisis fhisiceacha agus cheimiceacha taobh istigh den cheallraí, mar shampla an méadú ar chiseal frithsheasmhachta, a d'fhéadfadh a bheith go príomha mar gheall ar SEI ar an dromchla anóid. Mar sin féin, tá tionchar ag go leor fachtóirí ar impedance ceallraí agus éilíonn sé samhaltú agus anailís trí chiorcaid choibhéiseacha.

(4) Is gnáthoibríochtaí iad freisin amharciniúchadh, grianghraf-thaifeadadh agus meá chun anailís a dhéanamh ar chadhnraí litiam-ian atá ag dul in aois. Is féidir leis na cigireachtaí seo saincheisteanna a nochtadh mar dhífhoirmiú seachtrach nó sceitheadh ​​na ceallraí, a d'fhéadfadh tionchar a bheith acu freisin ar iompar ag dul in aois nó teip ceallraí a chur faoi deara.

(5) Tástáil neamh-millteach ar an taobh istigh den cheallraí, lena n-áirítear anailís X-gha, tomagrafaíocht ríofa X-gha, agus tomagrafaíocht neodrón. Is féidir le CT go leor sonraí a nochtadh taobh istigh den cheallraí, mar shampla an dífhoirmiúchán taobh istigh den cheallraí tar éis dul in aois, mar a thaispeántar i bhFíoracha 3 agus 4.

Fíor 3 Sampla de thréithriú neamh-millteach cadhnraí litiam-ian. a) íomhánna tarchurtha X-gha de chadhnraí glóthacha rolla; b) Scanadh CT tosaigh in aice le críochfort dearfach na ceallraí 18650.

Fíor 4 Scanadh CT aiseach ar cheallraí 18650 le rolla glóthach dífhoirmithe

1.2. Cadhnraí litiam-ian a dhíchóimeáil i dtimpeallacht sheasta SOC agus rialaithe

Sula díchóimeáil, ní mór an ceallraí a mhuirearú nó a urscaoileadh go dtí an stát muirir sonraithe (SOC). Ó thaobh na sábháilteachta de, moltar urscaoileadh domhain a dhéanamh (go dtí go mbeidh an voltas urscaoilte 0 V). Má tharlaíonn ciorcad gearr le linn an phróisis díchóimeála, laghdóidh urscaoileadh domhain an baol a bhaineann le rith teirmeach. Mar sin féin, féadfaidh urscaoileadh domhain a bheith ina chúis le hathruithe ábhartha nach dteastaíonn. Mar sin, i bhformhór na gcásanna, déantar an ceallraí a urscaoileadh go SOC=0% roimh dhíchóimeáil. Uaireanta, chun críocha taighde, is féidir freisin smaoineamh ar dhíchóimeáil cadhnraí i méid beag stát luchtaithe.

Go ginearálta déantar dí-thionól ceallraí i dtimpeallacht rialaithe chun tionchar an aeir agus na taise a laghdú, mar shampla i seomra triomú nó bosca lámhainní.

1.3. Nós imeachta díchóimeála ceallraí ian litiam agus scaradh comhpháirteanna

Le linn an phróisis díchumhachtaithe ceallraí, is gá ciorcaid ghearr seachtracha agus inmheánacha a sheachaint. Tar éis díchóimeáil, scaradh an dearfach, diúltach, scairt, agus leictrilít. Ní dhéanfar an próiseas díchóimeála ar leith arís.

1.4. Iarphróiseáil samplaí ceallraí díchumtha

Tar éis na comhpháirteanna ceallraí a bheith scartha, nitear an sampla le tuaslagóir leictrilít tipiciúil (cosúil le DMC) chun aon LiPF6 criostalach iarmharach nó tuaslagóirí neamh-so-ghalaithe a d'fhéadfadh a bheith i láthair a bhaint, rud a d'fhéadfadh creimeadh an leictrilít a laghdú freisin. Mar sin féin, féadfaidh an próiseas glantacháin difear a dhéanamh freisin ar thorthaí tástála ina dhiaidh sin, mar shampla níocháin a d'fhéadfadh caillteanas comhpháirteanna SEI ar leith a bheith mar thoradh air, agus sruthlú DMC a fhágann an t-ábhar inslithe a thaisceadh ar an dromchla grafite tar éis dul in aois. Bunaithe ar thaithí an údair, is gá go ginearálta nigh faoi dhó le tuaslagóir íon ar feadh thart ar 1-2 nóiméad chun salainn Li a bhaint as an sampla. Ina theannta sin, déantar na hanailísí díchóimeála go léir a nite i gcónaí ar an mbealach céanna chun torthaí inchomparáide a fháil.

Is féidir le hanailís ICP-OES úsáid a bhaint as ábhair ghníomhacha a scríobadh as an leictreoid, agus ní athraíonn an chóireáil mheicniúil seo an comhdhéanamh ceimiceach. Is féidir XRD a úsáid freisin le haghaidh leictreoidí nó ábhair púdar scríobtha, ach d'fhéadfadh difríochtaí i neart buaic a bheith mar thoradh ar threoshuíomh na gcáithníní atá i láthair sna leictreoidí agus an difríocht treoshuímh seo i bpúdar scríobtha a chailleadh.

Trí staidéar a dhéanamh ar scoilteanna in ábhair ghníomhacha, is féidir trasghearradh den cheallraí litiam-ian ar fad a ullmhú (mar a thaispeántar i bhFíor 4). Tar éis an ceallraí a ghearradh, baintear an leictrilít, agus ansin ullmhaítear an sampla trí chéimeanna snasta roisín eapocsa agus mhiotalagrafaíochta. I gcomparáid le híomháú CT, is féidir trasghearradh ceallraí a bhrath trí úsáid a bhaint as micreascópacht optúil, bhíoma ian dírithe (FIB), agus scanadh micreascópachta leictreon, ag soláthar réiteach i bhfad níos airde do chodanna sonracha na ceallraí.

2. Anailís fhisiceach agus cheimiceach ar ábhair tar éis ceallraí a dhíchóimeáil

Taispeánann Figiúr 5 scéim anailíse na bpríomhchadhnraí agus na modhanna anailíse fisiceacha agus ceimiceacha comhfhreagracha. Féadfaidh na samplaí tástála teacht ó anóidí, catóidí, deighilteoirí, bailitheoirí, nó leictrilítí. Is féidir samplaí soladacha a thógáil ó chodanna éagsúla: dromchla leictreoid, comhlacht, agus trasghearradh.

Fíor 5 Comhpháirteanna inmheánacha agus modhanna tréithrithe fisiciceimiceacha cadhnraí litiam-ian

Taispeántar an modh anailíse sonrach i bhFíor 6, lena n-áirítear

(1) Micreascóp optúil (Fíor 6a).

(2) Scanadh micreascóp leictreon (SEM, Fíor 6b).

(3) Leictreonmhicreascóp tarchuir (TEM, Fíor 6c).

(4) Úsáidtear speictreascópacht X-gha-scaipeadh fuinnimh (EDX, Fíor 6d) de ghnáth i gcomhar le SEM chun faisnéis a fháil faoi chomhdhéanamh ceimiceach an tsampla.

(5) Ceadaíonn speictreascópacht fótaileictreon X-gha (XPS, Fíor 6e) anailís agus cinneadh a dhéanamh ar stáit ocsaídiúcháin agus timpeallachtaí ceimiceacha na n-eilimintí go léir (seachas H agus He). Tá XPS íogair ó thaobh dromchla de agus is féidir leis athruithe ceimiceacha ar dhromchlaí cáithníní a thréithriú. Is féidir XPS a chomhcheangal le sputtering ian chun próifílí doimhneachta a fháil.

(6) Úsáidtear speictreascópacht astaithe plasma atá cúpláilte go hionduchtach (ICP-OES, Fíor 6f) chun comhdhéanamh eiliminteach leictreoidí a chinneadh.

(7) Speictreascópacht astaithe Glow (GD-OES, Fíor 6g), soláthraíonn anailís doimhneachta anailís eiliminteach ar an sampla trí solas infheicthe a astaítear ag cáithníní sputtered atá sceitimíní sa phlasma a bhrath agus a bhrath. Murab ionann agus modhanna XPS agus SIMS, níl anailís dhomhain GD-OES teoranta do thimpeallacht dhromchla na gcáithníní, ach is féidir é a anailísiú ón dromchla leictreoid go dtí an bailitheoir. Dá bhrí sin, foirmíonn GD-OES an fhaisnéis fhoriomlán ó dhromchla an leictreoid go dtí an toirt leictreoid.

(8) Léiríonn speictreascópacht infridhearg trasfhoirmithe Fourier (FTIR, Fíor 6h) an t-idirghníomhú idir an sampla agus an radaíocht infridhearg. Bailítear sonraí ardtaifigh ag an am céanna laistigh den raon speictreach roghnaithe, agus cruthaítear an speictream iarbhír trí chlaochlú Fourier a chur i bhfeidhm ar an gcomhartha chun anailís a dhéanamh ar airíonna ceimiceacha an tsampla. Mar sin féin, ní féidir le FTIR anailís chainníochtúil a dhéanamh ar an gcomhdhúil.

(9) Is sainairíonna é mais-speictriméadracht ian tánaisteach (SIMS, Fíor 6i) comhdhéanamh eiliminteach agus móilíneach an dromchla ábhair, agus cuidíonn teicnící íogaireachta dromchla le hairíonna an chiseal pasivation leictriceimiceach nó an sciath ar an mbailitheoir agus na hábhair leictreoid a chinneadh.

(10) Is féidir le hathshondas maighnéadach núicléach (NMR, Fíor 6j) ábhair agus comhdhúile caolaithe i solad agus tuaslagóir a shaintréithe, ag soláthar ní hamháin faisnéis cheimiceach agus struchtúrach, ach freisin faisnéis maidir le hiompar agus soghluaisteacht ian, airíonna leictreon agus maighnéadacha, chomh maith le teirmidinimic agus airíonna cinéiteach.

(11) Úsáidtear teicneolaíocht díraonta X-gha (XRD, Fíor 6k) go coitianta le haghaidh anailíse struchtúrach ar ábhair ghníomhacha i leictreoidí.

(12) Is é bunphrionsabal na hanailíse crómatagrafaíochta, mar a thaispeántar i bhFíor 6l, na comhpháirteanna sa mheascán a scaradh agus ansin braite a dhéanamh le haghaidh anailíse leictrilít agus gáis.

Fíor 6 Léaráid scéimreach de cháithníní a braitheadh ​​i modhanna anailíse éagsúla

3. Anailís Leictriceimiceach ar Leictreoidí Athchuingeacha

3.1. An leath ceallraí litiam a athchóimeáil

Is féidir an leictreoid tar éis teip a anailísiú go leictreamaiceimiceach trí cheallraí litiam leath an chnaipe a athshuiteáil. Le haghaidh leictreoidí brataithe dhá thaobh, ní mór taobh amháin den sciath a bhaint. Rinneadh na leictreoidí a fuarthas ó chadhnraí úra agus iad siúd a bhaintear as seancheallraí a athchóimeáil agus rinneadh staidéar orthu ag baint úsáide as an modh céanna. Is féidir le tástáil leictriceimiceach an toilleadh leictreoidí atá fágtha (nó atá fágtha) a fháil agus toilleadh inchúlaithe a thomhas.

Maidir le cadhnraí diúltacha/litiam, ba cheart go ndéanfaí an chéad tástáil leictriceimiceach chun litiam a bhaint as an leictreoid diúltach. Maidir le cadhnraí dearfacha/litiam, ba cheart an chéad tástáil a urscaoileadh chun litiam a leabú isteach san leictreoid dhearfach le haghaidh lithiation. Is é an cumas comhfhreagrach an cumas atá fágtha den leictreoid. D'fhonn cumas inchúlaithe a fháil, déantar an leictreoid diúltach sa leath ceallraí a lithiated arís, agus tá an leictreoid dhearfach delithized.

3.2. Bain úsáid as leictreoidí tagartha chun an ceallraí iomlán a athshuiteáil

Tóg ceallraí iomlán ag baint úsáide as anóid, catóide, agus leictreoid tagartha breise (RE) chun acmhainneacht an anóid agus catóide a fháil le linn luchtaithe agus urscaoilte.

Go hachomair, ní féidir le gach modh anailíse fisiciceimiceach ach gnéithe sonracha de dhíghrádú ian litiam a urramú. Tugann Figiúr 7 forbhreathnú ar fheidhmeanna na modhanna anailíse fisiceacha agus ceimiceacha d'ábhair tar éis cadhnraí litiam-ian a dhíchóimeáil. Maidir le meicníochtaí sonracha ag dul in aois a bhrath, léiríonn glas sa tábla go bhfuil cumais mhaith ag an modh, léiríonn oráiste go bhfuil cumais theoranta ag an modh, agus léiríonn dearg nach bhfuil aon chumais aige. Ó Fhíor 7, is léir go bhfuil raon leathan cumais ag modhanna anailíse éagsúla, ach ní féidir le haon mhodh amháin gach meicníocht ag dul in aois a chlúdach. Dá bhrí sin, moltar modhanna anailíse comhlántacha éagsúla a úsáid chun staidéar a dhéanamh ar shamplaí chun tuiscint chuimsitheach a fháil ar mheicníocht aosaithe cadhnraí litiam-ian.

Fíor 7 Forbhreathnú ar chumais modhanna braite agus anailíse

Waldmann, Thomas, Iturrondobeitia, Amaia, Kasper, Michael, et al. Athbhreithniú - Anailís Iar-Bháis ar Cadhnraí Litiam-Ian d'Aois: Modheolaíocht Díchóimeála agus Teicnící Anailíse Fisice-Cheimiceacha[J]. Iris an Chumainn Leictriceimiceach, 2016, 163(10): A2149-A2164.