Механизмът на образуване и предотвратяването на дендритни литиеви

Форма:

Казано просто, дендритни литиеви означава, че съдържанието на литий, вграден в графита, надвишава неговата толерантност, а излишните литиеви йони ще се комбинират с електроните, совалката от отрицателния електрод и да започне да се отлага върху повърхността на отрицателния електрод. В процеса на зареждане на батерията отвън дава напрежение навън, така че литиевите йони вътре в положителния електрод материал могат да бъдат извлечени в електролитната среда. По същия начин литиевите йони в електролита ще се преместят на въглеродния слой при условие на разликата във външното напрежение. Графитът има пластове канал и литий ще влезе в канала, за да образува въглеродно-литиево съединение с въглерод, образувайки графитно интеркалация съединение като LiCx (x=1~6). Електрохимичната реакция на отрицателния електрод на литиевата батерия може да бъде изразена по следната формула:

В тази формула има параметър, който е, ако двете саще се произвежда дендритни литиеви. Ето една концепция, която всеки е запознат с, графит интеркалация съединение. Графитните междуламинарни съединения (ГИК за кратко) са кристални съединения, които използват физични или химични методи за вмъкване на не-въглеродни реагенти между графитните слоеве и се комбинират с шестоъгълната мрежова равнина на въглерода, като същевременно се поддържа слоеста графитна структура.

Функции:

Дендритът на литий обикновено се отлага върху контактната позиция между сепаратора и отрицателния електрод. Студентите, които имат опит в разглобяването на батериите, често трябва да намират слой от сив материал върху сепаратора. Да, това е литиево утаяване. Дендритът литий е литиево-метален метал, образуван след получаване на електрони и литиеви метали вече не могат да образуват литиеви йони, за да участват в реакциите на зареждане и разреждане на батерията, което води до намаляване на капацитета на батерията. Дендритът литий расте от повърхността на отрицателния електрод към сепаратора. Ако литиево-металът се отлага непрекъснато, той в крайна сметка ще пробие сепаратора и ще предизвика късо съединение в батерията, което ще доведе до проблеми с безопасността на батерията.

Влияещи фактори:

Основните фактори, влияещи върху образуването на дендритни литиеви са: грапавост на отрицателната повърхност на електрод, градиента на концентрацията на литиево-йонни концентрии, настояща плътност и др. В допълнение, SEI филм, типът на електролита, концентрацията на разтворено вещество, и ефективното разстояние между положителните и отрицателните електроди всички засягат дендрическото образуване на литий има определено влияние.

1. Повърхност грапавост на отрицателен електрод

Повърхностната грапавост на отрицателния електрод влияе върху образуването на дендритни литий. По-груб повърхността, толкова по-благоприятен за образуването на дендритни литий. Образуването на дендритни литиеви включва електрохимия, кристалография, термодинамика и кинетика. Дейвид Р. Ели Има подробно описание в статията.

2. Градиент и разпределение на литиево-йонната концентрация

След като литиевите йони се извличат от положителния електрод материал, те преминават през електролита и сепаратора и приемат електроните в отрицателния електрод. По време на процеса на зареждане, концентрацията на литиево-йонните на положителния електрод постепенно се увеличава, а концентрацията на литиево-йонни стойности на отрицателния електрод намалява поради продължителното приемане на електрони. В разреден разтвор с висока плътност на тока концентрация йонната концентрация ще стане 0. На тази основа, Фльор и др. Моделът, създаден с Chazalviel, показва, че когато йонната концентрация се намали до 0, отрицателният електрод ще образува локален космически заряд и ще образува дендритна структура. Скоростта на растеж на дендритната структура е същата като йонната миграция в електролита.

3. Плътност на ток

В статията Dendrite Growth в литиеви/полимерни системи, авторът счита, че скоростта на растеж на наклона на дендритни литий е тясно свързана с текущата плътност, както е показано в следната формула:

Ако се намали текущата плътност, растежът на дендритни литиеви може да се забави до известна степен, както е показано на фигурата по-долу:

Как да избегнете:

Механизмът на образуване на дендритни литий все още е ясен, но има много модели на растеж на литиево метал. Според образуването на дендритни литий и влияещи фактори, образуването на дендритни литий може да се избегне от следните аспекти:

1). Контролирайте плоскостта на отрицателната повърхност на материала на електрод.

2). Размерът на отрицателните частици електроди трябва да бъде по-малък от критичния термодинамичен радиус.

3). Регулирайте занаемността на електродепозити.

4). Ограничете потенциала за обшивка под критичната стойност. Освен това традиционният механизъм за зареждане и разтоварване може да бъде подобрен. Например, методът на импулса може да се разглежда.

5). Добавете електролитни добавки, които стабилизират отрицателния електроден-електролитен интерфейс

6). Поставете течния електролит с високоякостен гел/твърд електролит

7). Да се установи високоякостен литиево анод повърхност защитен слой

И накрая, оставете два въпроса в края на статията, за да обсъдите:

1). Къде се появява електрохимичната реакция на литиево-йонния? Едното е масивният трансфер на маса след електрохимичната реакция на литиевите йони на повърхността на графита достига насищане. Второто е, че литиевите йони мигрират в графитните слоеве през границите на зърното на графитните кристали и реагират в рамките на графита.

2). Реакцията между литиеви йони и графитни форми литиево-литиеви съединения и дендритни литиеви съединения се проявява едновременно или последователно?