लंबी अवधि के बैटरी चक्रों के दौरान आकृति विज्ञान और ग्रेफाइट एनोड्स की संरचना का विकास
Sep 01, 2020
वर्तमान लिथियम-आयन बैटरी में, लिथियम बैटरी के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली एनोड सामग्री मुख्य रूप से कार्बन-आधारित एनोड सामग्री, लिथियम टाइटान और सिलिकॉन-आधारित मिश्रित सामग्री में विभाजित हैं। लिथियम टाइटेनियम की ऊर्जा घनत्व सीमा के कारण, सिलिकॉन-आधारित मिश्रित सामग्री का विस्तार और हीनता यह अच्छी तरह से हल नहीं हुई है, और कार्बन-आधारित एनोड सामग्री अभी भी लिथियम बैटरी एनोड के मुख्य भाग पर कब्जा करती है।
कार्बन एनोड सामग्री मुख्य रूप से ग्रेफाइट, हार्ड कार्बन और सॉफ्ट कार्बन एनोड से बनी होती है। ग्रेफाइट एक आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली एनोड सामग्री है। ग्रेफाइट में उच्च इलेक्ट्रॉनिक चालकता, बड़े लिथियम आयन प्रसार गुणांक, लिथियम सम्मिलन के पहले और बाद में छोटी मात्रा में परिवर्तन, उच्च लिथियम सम्मिलन क्षमता और कम लिथियम सम्मिलन क्षमता आदि के फायदे हैं, और वर्तमान मुख्यधारा वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी एनोड सामग्री बन गई है। । हर कोई जानता है कि लिथियम बैटरी एक द्वितीयक बैटरी है जो जीजी कोट में काम करती है; रॉकिंग चेयर जीजी उद्धरण; अंदाज। यदि लिथियम आयन बिना किसी नुकसान के ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड और सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के बीच आगे और पीछे शटल करते हैं, तो यह सबसे आदर्श राज्य होगा, लेकिन तथ्य यह है कि यह ग्रेफाइट परत से प्रभावित है। लिथियम बैटरी धीरे-धीरे अलग हो जाएगी और आकार के ढांचे, कैथोड सामग्री की क्रिस्टल संरचना, इलेक्ट्रोलाइट की आयन चालकता और तापमान के अमान्य होने तक कई कारकों के प्रभाव के कारण उपयोग के दौरान खराब हो जाएगी।
लंबे समय तक साइकिल चलाने की प्रक्रिया में, लिथियम बैटरी की ग्रेफाइट एनोड की आकृति विज्ञान और संरचना कैसे बदल जाएगी? सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री ग्रेफाइट है। लिथियम बैटरी तैयार होने के बाद, उस पर एक दीर्घकालिक चक्र परीक्षण किया जाता है, और विभिन्न चक्र नोड्स पर पता लगाने और विश्लेषण के लिए नमूने लिए जाते हैं।
1. दीर्घकालिक साइक्लिंग के दौरान ग्रेफाइट एनोड की आकृति विज्ञान का विकास
लिथियम बैटरी चक्र परीक्षण 1000 सप्ताह के लिए किया गया था, क्रमशः अनसैम्बल (ए), सक्रिय (बी), 600 चक्र (सी), 700 चक्र (डी), 800 चक्र (ई), 900 चक्र (एफ), 1000 चक्र छ) नकारात्मक ध्रुव टुकड़े का विश्लेषण SEM द्वारा किया जाता है, और परिणाम चित्र 1 में दिखाया गया है:
चित्रा 1. विभिन्न चक्रों के बाद ग्रेफाइट एनोड की SEM छवि (5000 बार)
यह देखा जा सकता है कि ग्रेफाइट सामग्री, चाहे वह असावधान, सक्रिय या पुनर्नवीनीकरण हो, सैकड़ों नैनोमीटर से लेकर दसवें माइक्रोमीटर तक के कणों से बनी होती है, और कण आकार का वितरण एक समान नहीं होता है, और बढ़े हुए चित्र में कोई ग्रेफाइट सामग्री नहीं पाई जाती है 5000 बार। रूप बदल जाता है। 50,000 बार आवर्धित छवि (चित्र 2) में, बिना खींचे हुए ग्रेफाइट में एक साफ सतह होती है, और केवल सक्रिय ग्रेफाइट सतह पर फिल्म जैसे पदार्थ दिखाई देने लगते हैं, और ये फिल्म जैसे पदार्थ ग्रेफाइट सतह पर निम्न चार्ज के दौरान भी मौजूद होते हैं और निर्वहन चक्र। पदार्थ। ईडीएस परीक्षण और विश्लेषण के बाद, यह पाया गया कि बिना तार वाले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड में केवल C तत्व होता है। हालांकि, सी तत्व के अलावा, ओ तत्व ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड में केवल सक्रियण और विभिन्न चक्रों के बाद दिखाई दिया। इस परिणाम से पता चलता है कि केवल सक्रिय और चक्रीय ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड ओ-युक्त सामग्री उत्पन्न करता है, जो साबित करता है कि फिल्म जैसी सामग्री एक एसईआई फिल्म है।
चित्रा 2. विभिन्न चक्रों के बाद ग्रेफाइट एनोड की SEM छवियां (50,000 बार)
2. दीर्घकालिक साइकिल चालन के दौरान ग्रेफाइट एनोड की संरचना का विकास
लंबे समय तक साइक्लिंग के दौरान ग्रेफाइट एनोड के संभावित परिवर्तन मुख्य रूप से ग्रेफाइट लेयर ग्लास और लेयर स्पेस की वृद्धि में परिलक्षित होते हैं। XRD परीक्षण 600, 700, 800, 900 और 1000 चक्रों के बाद असम्बद्ध ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर किए गए थे, और परिणाम चित्रा 3 में दिखाए गए हैं। ब्रैग जीजी के समीकरण और स्टरर जीजी के सूत्र के अनुसार; इंटरलेयर स्पेसिंग d002, ग्रेफाइटाइजेशन की डिग्री, अनाज का आकार Lc, और (002) क्रिस्टल प्लेन की दिशा में ग्रेफाइट सामग्री के अनाज के आकार की गणना की जा सकती है।
चित्रा 3. विभिन्न चक्रों के बाद ग्रेफाइट एनोड के एक्सआरडी पैटर्न
चित्रा 4 d002 की वक्र और चक्र की संख्या के साथ ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड की ग्रेफाइटेशन डिग्री को दर्शाता है। पूरे 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के दौरान, ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड सामग्री की d002 और ग्रैफिटाइजेशन डिग्री बहुत कम बदल गई, लेकिन d002 ने एक बढ़ती प्रवृत्ति दिखाई और ग्रैफिटाइजेशन डिग्री ने एक घटती हुई प्रवृत्ति दिखाई।
चित्रा 4. ग्रेफाइट d002 और ग्राफिटाइजेशन डिग्री चक्र की संख्या के साथ बदलते हैं
चित्रा 5 चक्र की संख्या के एक समारोह के रूप में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड सामग्री के क्रिस्टल अनाज आकार एलसी और ला का ग्राफ है। 1000 बार पुनरावृत्ति न करने की प्रक्रिया में Lc एक क्रमिक कमी की प्रवृत्ति को दर्शाता है, ला में कोई स्पष्ट परिवर्तन नियम नहीं है, और 47 ~ 49 एनएम की सीमा में इसके मूल्य में उतार-चढ़ाव होता है।
चित्रा 5. ग्रेफाइट अनाज का आकार एलसी और ला चक्र की संख्या के साथ बदलता है
लंबे समय तक साइकिल चलाने के दौरान ग्रेफाइट नेगेटिव पोल पीस की आकृति विज्ञान देखा गया था, और परिणाम चित्रा 6 में दिखाया गया है। सक्रिय ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड अच्छी तरह से बंधुआ है और सतह की स्थिति सामान्य है, लेकिन इलेक्ट्रोड सामग्री धीरे-धीरे किनारे पर दिखाई देती है। 100 और 1000 चक्रों के बाद ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की घुमावदार क्रीज। चूंकि ग्रेफाइट एज के अंत में प्रतिक्रिया गतिविधि बेस प्लेन की तुलना में अधिक होती है, इसलिए किनारे के अंत में साइड रिएक्शन अधिक तीव्र होता है, जिससे ग्रेफाइट सामग्री के गिरने की संभावना अधिक होती है। पूरे दीर्घकालिक चार्ज और डिस्चार्ज चक्र के दौरान, ग्रेफाइट सामग्री का Lc मूल्य घटती हुई प्रवृत्ति को दर्शाता है, और d002 एक बढ़ती प्रवृत्ति को दर्शाता है। Lc मान d002 का उत्पाद है और अनाज में ग्रेफाइट के गुच्छे की संख्या है, इसलिए अनाज में ग्रेफाइट के गुच्छे की संख्या घटती हुई प्रवृत्ति को दर्शाती है। इस तरह के संरचनात्मक परिवर्तन मैक्रोस्कोपिक रूप से ग्रेफाइट सामग्री के बहा के रूप में प्रकट होते हैं।
चित्र 6. केवल सक्रियण, 100 चक्र और 1000 चक्रों के बाद ग्रेफाइट एनोड की डिजिटल फोटो
लिथियम बैटरी के उपयोग के दौरान, क्षमता क्षय अक्सर तेजी से होता है, और ग्रेफाइट एनोड का संरचनात्मक परिवर्तन इसके मुख्य कारकों में से एक है। हम ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की संरचना और आकारिकी में परिवर्तन का विश्लेषण करके लिथियम बैटरी के उचित चक्र जीवन का न्याय भी कर सकते हैं। तांबे के पन्नी को छीलने से नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट को रोकने और सुरक्षा खतरों के कारण इस पैरामीटर के करीब होने पर इसका उपयोग करना बंद करें।