Uzoq muddatli batareyalar davrlarida grafit anodlari morfologiyasi va tuzilishi evolyutsiyasi

Hozirgi lityum-ionli batareyalarda, lityum batareyalar uchun keng tarqalgan ishlatiladigan anodli materiallar asosan uglerodga asoslangan anot materiallari, lityum titanat va kremniyga asoslangan kompozit materiallarga bo'linadi. Lityum titanatning energiya zichligi cheklanganligi sababli, kremniyga asoslangan kompozitsion materiallarning kengayishi va pastligi yaxshi hal qilinmagan va uglerodga asoslangan anodli materiallar lityum batareyalar anotlarining asosiy qismini egallaydi.

Uglerod anodli materiallar asosan grafit, qattiq uglerod va yumshoq uglerod anotlaridan iborat. Grafit odatda ishlatiladigan anod materialidir. Grafit yuqori elektron o'tkazuvchanlik, katta lityum ion diffuziya koeffitsienti, lityum qo'shilishidan oldin va keyin kichik hajm o'zgarishi, yuqori lityum qo'shish qobiliyati va past lityum qo'shish potentsiali va boshqalarning afzalliklariga ega va hozirgi asosiy savdo tijorat lityum-ion batareyali anod materialiga aylandi . Har kim biladiki, lityum akkumulyator - bu&Quote-da ishlaydigan ikkilamchi akkumulyator; uslubi. Agar lityum ionlari grafit manfiy elektrod bilan musbat elektrod materiallari o'rtasida oldinga va orqaga yo'qolsa, bu eng ideal holat bo'ladi, ammo haqiqat shundaki, unga grafit qatlami ta'sir qiladi. Lityum batareyalar yaroqsiz holga kelguncha shakl tuzilishi, katod materialining kristalli tuzilishi, elektrolitning ion o'tkazuvchanligi va harorat kabi ko'plab omillarning ta'siri tufayli asta-sekin susayadi va yomonlashadi.

Uzoq muddatli velosiped jarayonida lityum batareyalar grafit anodining morfologiyasi va tuzilishi qanday o'zgaradi? Ijobiy elektrod moddasi lityum kobalt oksidi, manfiy elektrod moddasi esa grafitdir. Lityum akkumulyator tayyorlangandan so'ng, unga uzoq muddatli tsikl sinovi o'tkaziladi va turli tsikl tugunlarida aniqlash va tahlil qilish uchun namunalar olinadi.

1. Uzoq muddatli velosiped haydash paytida grafit anod morfologiyasining evolyutsiyasi

Lityum batareyalar tsikli sinovi 1000 hafta davomida mos ravishda yig'ilmagan (a), faollashtirilgan (b), 600 tsikl (c), 700 tsikl (d), 800 tsikl (e), 900 tsikl (f), 1000 tsikl ( g) Salbiy qutb bo'lagi SEM tomonidan tahlil qilinadi va natija 1-rasmda keltirilgan:

Shakl 1. Grafit anodning turli xil tsikllardan keyingi SEM tasviri (5000 marta)

Ko'rinib turibdiki, grafit materiallari yig'iladimi, faollashtiriladimi yoki qayta ishlanadimi, yuzlab nanometrdan o'nlab mikrometrgacha bo'lgan zarrachalardan tashkil topgan va zarralar kattaligi bir xil emas va kattalashtirilgan rasmda grafit material topilmaydi. 5000 marta. Tashqi ko'rinishi o'zgaradi. 50 000 marta kattalashtirilgan rasmda (2-rasm) yig'ilmagan grafit toza yuzaga ega va faqat faollashtirilgan grafit yuzasi plyonkaga o'xshash moddalarni ko'rsata boshlaydi va bu plyonkaga o'xshash moddalar grafit yuzasida quyidagi zaryad paytida ham mavjud va tushirish davrlari. modda. EDS sinovi va tahlilidan so'ng, yig'ilmagan grafit elektrodida faqat S elementi borligi aniqlandi. Biroq, S elementidan tashqari, O elementi grafit elektrodida faqat faollashgandan va turli xil tsikllardan so'ng paydo bo'ldi. Ushbu natija shuni ko'rsatadiki, faqat faollashtirilgan va tsiklli grafit elektrodida O tarkibidagi material hosil bo'ladi, bu esa plyonkaga o'xshash material SEI plyonkasi ekanligini isbotlaydi.

Shakl 2. Grafit anodning turli xil tsikllardan keyingi SEM tasvirlari (50 000 marta)

2. Uzoq muddatli velosiped haydash paytida grafit anod tuzilishining evolyutsiyasi

Uzoq muddatli velosipedda grafit anodining mumkin bo'lgan o'zgarishlari asosan grafit qatlami oynasida va qatlam oralig'ining ko'payishida aks etadi. XRD sinovlari 600, 700, 800, 900 va 1000 tsikllardan keyin yig'ilmagan grafit manfiy elektrodlarida o'tkazildi va natijalar 3-rasmda keltirilgan. Bragg' va Tenglama va Scherrer' formulalariga binoan, qatlamlar orasidagi masofa d002, grafitlanish darajasi, don hajmi Lc va grafit materialining don hajmi La (002) kristall tekisligi yo'nalishi bo'yicha hisoblanishi mumkin.

Shakl 3. Turli xil tsikllardan keyin grafit anodining XRD naqshlari

4-rasmda tsikllar soni bilan d002 egri chizig'i va grafit elektrodining grafitlanish darajasi ko'rsatilgan. Butun 1000 zaryad-razryad tsikli davomida d002 va grafit elektrod materialining grafitlanish darajasi juda oz o'zgargan, ammo d002 o'sish tendentsiyasini va grafitlanish darajasi pasayish tendentsiyasini ko'rsatgan.

Shakl 4. D002 grafit va grafitlanish darajasi tsikllar soniga qarab o'zgaradi

5-rasm - tsikllar soniga qarab grafit elektrod materialining Lc va La kristall donalarining grafigi. 1000 marta aylanmaslik jarayonida Lc asta-sekin pasayish tendentsiyasini ko'rsatadi, La aniq o'zgarish qoidasiga ega emas va uning qiymati 47 ~ 49 nm oralig'ida o'zgarib turadi.

Shakl 5. Grafit donalarining kattaligi Lc va La tsikllar soniga qarab o'zgaradi

Uzoq muddatli velosiped paytida grafit manfiy qutb bo'lagi morfologiyasi kuzatilgan va natija 6-rasmda ko'rsatilgan. Aktivlangan grafit manfiy elektrod yaxshi bog'langan va sirt holati normal, lekin elektrod moddasi asta-sekin chekkada paydo bo'ladi va 100 va 1000 tsikldan keyin grafit manfiy elektrodining sarg'ish burmasi. Grafit qirrasi uchidagi reaksiya faolligi asos tekisligiga qaraganda yuqori bo'lganligi sababli, chekka uchidagi yon reaktsiya kuchliroq bo'lib, grafit materialining tushish ehtimoli yuqori bo'ladi. Butun uzoq muddatli zaryadlash va tushirish tsikli davomida grafit materialining Lc qiymati pasayish tendentsiyasini, d002 esa o'sish tendentsiyasini ko'rsatadi. Lc qiymati d002 va don tarkibidagi grafit zarralari sonining hosilasidir, shuning uchun don tarkibidagi grafit zarralari soni pasayish tendentsiyasini ko'rsatadi. Bunday tarkibiy o'zgarishlar grafit materialining to'kilishi sifatida makroskopik tarzda namoyon bo'ladi.

Shakl 6. Grafit anodining faqat faollashgandan so'ng, 100 tsikl va 1000 tsikldagi raqamli fotosurati

Lityum batareyalardan foydalanish paytida ko'pincha quvvat pasayishi tezroq ro'y beradi va grafit anodining tarkibiy o'zgarishi uning asosiy omillaridan biridir. Grafit manfiy elektrodining tuzilishi va morfologiyasidagi o'zgarishlarni tahlil qilib, lityum batareyaning oqilona aylanish muddatini baholashimiz mumkin. Salbiy elektrod grafitining mis plyonkasini qirib tashlashi va xavfsizlik uchun xavf tug'dirmasligi uchun uni ushbu parametrga yaqin bo'lganida ishlatishni to'xtating.