Lityum titanat batareyalaridagi meteorizmni bostirishda so'nggi yutuqlar

Lityum titanat (odatda LTO nomi bilan tanilgan Li4Ti5O12) kosmik guruh Fd3m, shpinel tuzilishiga kiradi. O'zining noyob uch o'lchovli lityum ionli diffuziya kanali tufayli u mukammal quvvat xususiyatlarining afzalliklari va yuqori va past harorat ko'rsatkichlariga ega. Shu bilan birga, lityum titanatning kristalli tuzilishi lityum ionini deinterkalatsiyalash tsikli davomida yuqori barqarorlikni saqlab turishi mumkin va hajm o'zgarishi 1% dan kamni tashkil etadi, bu lityum titanatning muhim salbiy elektrod materialiga aylanishiga asos yaratadi. Eng muhimi, u batareyalar xavfsizligining yashirin xavfini yo'q qiladi va lityum batareyalar uchun eng xavfsiz salbiy elektrod moddasi sifatida tanilgan. Lityum titanatning fizik tuzilishi lityum batareyalar uchun salbiy elektrod materiali sifatida mos keladi, shuning uchun uning elektrokimyoviy xususiyatlari qanday? Uglerod anodli materiallar bilan taqqoslaganda, lityum titanatning potentsiali 1,55V ga teng Li + / Li, nazariy quvvati 175mAh / g, ochiq elektr zo'riqishida 2,4V, energiya zichligi va kuchlanish platformasi pastroq.

Lityum titanat batareyalari yuqori xavfsizlik, yuqori tezlikda zaryadlash, uzoq umr ko'rish va hokazolarning afzalliklariga ega, ammo lityum titanat salbiy elektrod sifatida ishlatilganda, batareyaning zaryadlash va tushirish siklida jiddiy gaz hosil bo'ladi, bu esa yuqori harorat. Lityum titanat batareyalarining meteorizmini o'rganish bo'yicha tadqiqotlar hech qachon to'xtamagan bo'lsa-da, shu jumladan uglerod qoplamasini modifikatsiyalash, duragaylash, nanometrizatsiya va boshqalar, meteorizm muammosi to'liq hal qilinmagan, bu esa litiy titanat batareyalarining bozor taraqqiyotiga to'sqinlik qiladi.

1. Lityum titanat batareyasining meteorizm mexanizmi

Akademik hamjamiyat lityum titanat / NCM batareyasining meteorizmining grafit / NCMnikiga qaraganda jiddiyroq bo'lishining sababi shundaki, lityum titanatning elektrolit bilan reaktsiyasini inhibe qilish uchun uning yuzasida grafit anodli tizim batareyasi singari SEI plyonka hosil qila olmaydi. . Zaryadlash va tushirish jarayonida elektrolit har doim Li4Ti5O12 yuzasi bilan bevosita aloqada bo'ladi, natijada Li4Ti5O12 akkumulyatori gazining paydo bo'lishining asosiy sababi bo'lishi mumkin bo'lgan Li4Ti5O12 materialining yuzasida elektrolitning doimiy pasayishi va parchalanishiga olib keladi.

Gazning asosiy tarkibiy qismlari H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 va boshqalar. Lityum titanat elektrolitga singdirilganda faqat CO2 hosil bo'ladi. U NCM materiallari bilan batareyaga aylantirilgandan so'ng, H2, CO2, CO va oz miqdordagi gazli uglevodorodlarni ishlab chiqaradigan gazlar kiradi. Zaryadlash va tushirish paytida H2 hosil bo'ladi va bir vaqtning o'zida ishlab chiqarilgan gazdagi H2 miqdori 50% dan oshadi. Bu H2 va CO gazlari zaryadlash va tushirish jarayonida hosil bo'lishini ko'rsatadi.

LiPF6 elektrolitida quyidagi balansga ega:

PF5 kuchli kislota bo'lib, u osonlikcha karbonatlarning parchalanishini keltirib chiqaradi va PF5 miqdori harorat oshishi bilan ortadi. PF5 elektrolitning parchalanishiga yordam beradi, CO2, CO va CxHy gazini hosil qiladi. Tegishli tadqiqotlarga ko'ra, H2 hosil bo'lishi elektrolitdagi iz suvidan kelib chiqadi, ammo elektrolitdagi suv miqdori odatda taxminan 20 × 10-6 ni tashkil qiladi, bu H2 hosil bo'lishiga juda oz hissa qo'shadi. Shanxay Jiaotong universitetidan Vu Kay o'z tajribasida akkumulyator sifatida grafit / NCM111 dan foydalangan va H2 manbai yuqori kuchlanish ostida karbonatning parchalanishi degan xulosaga kelgan.

2. Lityum titanat batareyalarida meteorizmni oldini olish

Hozirgi vaqtda litiy titanat batareyalarining meteorizmini inhibe qilish uchun asosan uchta echim mavjud. Birinchidan, LTO anodli materiallarni qayta ishlash va o'zgartirish, shu jumladan takomillashtirilgan tayyorlash usullari va sirtni o'zgartirish va hk.; ikkinchidan, LTO anodlariga mos keladigan elektrolitlar, shu jumladan qo'shimchalar, Solvent tizimining rivojlanishi; uchinchidan, batareyalar texnologiyasini takomillashtirish.

(1) Ishlab chiqarish jarayonida xom ashyoning tozaligini yaxshilang va aralashmalar paydo bo'lishining oldini oling. Nopoklik zarralari nafaqat gaz hosil qilish uchun elektrolitlar tasnifini katalizlaydi, balki lityum batareyaning ishlashini, aylanish muddatini va xavfsizligini sezilarli darajada kamaytiradi. Shuning uchun batareyadagi aralashmalarning kiritilishi minimallashtirilishi kerak.

(2) Lityum titanatning yuzasi nano uglerod zarralari bilan qoplangan. LTO salbiy elektrodida gaz hosil bo'lishining aniq sababi shundaki, SEI plyonkasining hosil bo'lishi sekinroq va kam bo'lib, bu uning hayotini kuzatib turadigan meteorizm hodisasiga olib keladi. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, lityum titanat va elektrolitlar interfeysi o'rtasida (masalan, lityum titanat yuzasida (LTO / C) nano-uglerodli qoplama qatlami qurish va qattiq elektrolitlar interfeysi (SEI)) o'rtasida izolyatsion qatlam hosil bo'lgan. qoplama qatlami) Bir tomondan, gaz hosil bo'lishining oldini olish uchun LTO moddasi va elektrolitlar orasidagi aloqa maydoni kamayadi. Boshqa tomondan, uglerod o'zi LTO etishmovchiligini qoplash uchun SEI plyonkasini ishlab chiqarishi mumkin va shu bilan birga LTO materialining o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin. Yuqoridagi tadqiqot natijalari lityum titanat batareyasini ishlab chiqarish muammosini hal qilishi mumkin. Gaz harakati juda katta ahamiyatga ega va yuqori energiyali lityum titanat quvvatli batareyalarni loyihalashtirish va keng miqyosda qo'llash va rivojlantirishga yordam beradi.

(3) Elektrolitlarning ishlashini yaxshilang. Yangi elektrolitlarni ishlab chiqish uchun ko'plab patentlar LTO va elektrolitlar orasidagi interfeysda yon reaktsiyalar paydo bo'lishini bostirish uchun LTO yuzasida zich SEI plyonkasini hosil bo'lishiga yordam beradigan qo'shimchalardan foydalanishga moyildirlar. Ftorli karbonatlar va fosfatlar kabi ba'zi bir elektrolitlar qo'shimchalari musbat elektrod yuzasida barqaror SEI plyonkasini hosil bo'lishiga yordam beradi, metall ionlarining musbat elektrod yuzasida erishini kamaytiradi va shu bilan gaz hosil bo'lishini kamaytiradi. Film hosil qiluvchi qo'shimchalar, shuningdek, gaz ishlab chiqarishni inhibe qilishi mumkin. Qo'shilgan plyonka hosil qiluvchi qo'shimchalarga lityum borat, süksinonitril yoki adiponitril va R-CO-CH=N2 (bu erda R - C1-C8 alkil yoki fenil) tuzilishga ega birikmalar, tsiklik fosfat, fenil hosilalari, fenilatsetilen hosilalari, LiF qo'shimchalari kiradi. va hokazo. Ushbu plyonka hosil qiluvchi qo'shimchalar LTO yuzasida SEI plyonkasini hosil bo'lishiga yordam beradi va meteorizm paydo bo'lishini ma'lum darajada inhibe qiladi.

(4) Ijobiy elektrod sirtini qoplash. Ijobiy elektrod sirtini barqaror birikma bilan qoplash, masalan, alyuminiy oksidi, metall ionlarining erishini samarali ravishda inhibe qilishi mumkin. Biroq, o'ta murakkab qoplama qatlami lityum ionlarining deinterkalatsiyasini inhibe qiladi va materialning elektrokimyoviy ko'rsatkichlariga ta'sir qiladi.

(5) Batareya ishlab chiqarish texnologiyasini takomillashtirish. Batareya ishlab chiqarilganda, atrof-muhit namligini va ish paytida namlikning kiritilishini nazorat qilish kerak. Havodagi namlik musbat elektrod moddasi bilan reaksiyaga kirishib, litiy karbonat hosil qilishi va elektrolitning parchalanishini tezlashtirib, karbonat angidrid hosil bo'lishini gaz sababidan bilib olish mumkin. Bundan tashqari, lityum titanat moddasining o'zi nihoyatda kuchli suv yutish xususiyatiga ega (uni quruq xonada ishlash kerak). Salbiy qutb bo'lagi namlikni yutgandan so'ng, u elektrolitning qaytariladigan parchalanishi natijasida hosil bo'lgan PF5 bilan reaksiyaga kirishib, H2 hosil qiladi, shuning uchun namlikni qattiq nazorat qilish zarur.