Grafito anodų morfologijos ir struktūros raida ilgalaikių akumuliatorių ciklų metu

Dabartinėse ličio jonų baterijose dažniausiai naudojamos anodo medžiagos ličio baterijoms daugiausia skirstomos į anglies pagrindu pagamintas anodo medžiagas, ličio titanatą ir silicio kompozicines medžiagas. Dėl ličio titanato energijos tankio apribojimo silicio pagrindu pagamintų kompozicinių medžiagų plėtimasis ir prastumas buvo nepakankamas. Tai nebuvo gerai išspręsta, o anglies pagrindu pagamintos anodo medžiagos vis dar užima pagrindinę ličio baterijų anodų dalį.

Anglies anodo medžiagos daugiausia susideda iš grafito, kietosios anglies ir minkštųjų anglies anodų. Grafitas yra dažniausiai naudojama anodo medžiaga. Grafito privalumai yra didelis elektroninis laidumas, didelis ličio jonų difuzijos koeficientas, nedidelis tūrio pokytis prieš ir po ličio įvedimo, didelis ličio įterpimo pajėgumas ir mažas ličio įterpimo potencialas ir kt., Ir jis tapo dabartine pagrindine komercine ličio jonų akumuliatoriaus anodo medžiaga. . Visi žino, kad ličio baterija yra antrinė baterija, veikianti „GG quot“; supamoji kėdė „GG quot“; stiliaus. Jei ličio jonai be nuostolių šaudo pirmyn ir atgal tarp neigiamo grafito elektrodo ir teigiamo elektrodo medžiagos, tai bus idealiausia būsena, tačiau faktas yra tas, kad tam įtakos turi grafito sluoksnis. Ličio baterijos naudojimo metu palaipsniui silpnės ir blogės dėl daugelio veiksnių, tokių kaip formos struktūra, katodo medžiagos kristalinė struktūra, elektrolito jonų laidumas ir temperatūra, kol ji taps negaliojanti.

Kaip pasikeis ilgalaikio važiavimo dviračiu procesas, pasikeis ličio baterijų grafito anodo morfologija ir struktūra? Teigiama elektrodo medžiaga yra ličio kobalto oksidas, o neigiamo elektrodo medžiaga - grafitas. Paruošus ličio bateriją, atliekamas ilgalaikis ciklo bandymas ir imami mėginiai aptikti ir analizuoti skirtinguose ciklo mazguose.

1. Grafito anodo morfologijos raida ilgalaikio važiavimo dviračiu metu

Ličio baterijų ciklo bandymas buvo atliekamas 1000 savaičių, atitinkamai nesurinktas (a), įjungtas (b), 600 ciklų (c), 700 ciklų (d), 800 ciklų (e), 900 ciklų (f), 1000 ciklų ( g) SEM analizuoja neigiamą poliaus dalį, o rezultatas parodytas 1 paveiksle:

1 pav. Grafito anodo SEM vaizdas po skirtingų ciklų (5000 kartų)

Galima pastebėti, kad nesurinktos, aktyvuotos ar perdirbtos grafito medžiagos susideda iš dalelių, svyruojančių nuo šimtų nanometrų iki dešimčių mikrometrų, o dalelių dydžio pasiskirstymas nėra vienodas, o padidintame vaizde grafito nėra. 5000 kartų. Išvaizda keičiasi. 50 000 kartų padidintame vaizde (2 pav.) Nesurinktas grafitas turi švarų paviršių, ir tik įjungtas grafito paviršius pradeda rodyti į plėvelę panašias medžiagas, o šios plėvelės panašios medžiagos taip pat egzistuoja grafito paviršiuje sekančio krūvio metu ir iškrovimo ciklai. medžiaga. Atlikus EDS testą ir analizę nustatyta, kad nesurinktame grafito elektrode buvo tik C elementas. Tačiau be C elemento O elementas grafito elektrode atsirado tik po aktyvavimo ir skirtingų ciklų. Šis rezultatas rodo, kad tik įjungtas ir ciklinis grafito elektrodas generuoja O turinčią medžiagą, o tai įrodo, kad į plėvelę panaši medžiaga yra SEI plėvelė.

2 pav. Grafito anodo SEM vaizdai po skirtingų ciklų (50 000 kartų)

2. Grafito anodo struktūros raida ilgalaikio važiavimo dviračiu metu

Galimi grafito anodo pokyčiai ilgalaikio važiavimo dviračiu metu daugiausia atsispindi grafito sluoksnio stikle ir sluoksnių tarpo padidėjime. XRD bandymai buvo atlikti su nesumontuotais neigiamo grafito elektrodais po 600, 700, 800, 900 ir 1000 ciklų, o rezultatai parodyti 3 paveiksle. Pagal Bragg' lygtį ir Scherrer' formulę galima apskaičiuoti tarpsluoksnių tarpą d002, grafitizacijos laipsnį, grūdelių dydį Lc ir grafito medžiagos grūdelių dydį La (002) kristalinės plokštumos kryptimi.

3 pav. Grafito anodo XRD modeliai po skirtingų ciklų

4 paveiksle parodyta grafito elektrodo d002 kreivė ir grafito laipsnio laipsnis su ciklų skaičiumi. Per visus 1000 įkrovimo-iškrovimo ciklų grafito elektrodo medžiagos d002 ir grafitizacijos laipsnis keitėsi labai mažai, tačiau d002 parodė didėjimo tendenciją, o grafitizacijos laipsnis - mažėjimo tendenciją.

4 pav. Grafito d002 ir grafitizacijos laipsnis kinta priklausomai nuo ciklų skaičiaus

5 paveiksle pavaizduotas grafito elektrodo medžiagos kristalų grūdelių dydžio Lc ir La grafikas priklausomai nuo ciklų skaičiaus. Lc recirkuliacijos iki 1000 kartų procese rodo laipsnišką mažėjimo tendenciją, La neturi akivaizdžių pokyčių taisyklės, o jo vertė svyruoja 47–49 nm diapazone.

5 pav. Grafito grūdelių dydis Lc ir La kinta priklausomai nuo ciklų skaičiaus

Ilgalaikio važiavimo metu buvo pastebėta neigiamo grafito poliaus gabalo morfologija, o rezultatas parodytas 6 paveiksle. Įjungtas neigiamas grafito elektrodas yra gerai sujungtas ir paviršiaus būklė yra normali, tačiau elektrodo medžiaga palaipsniui pasirodo krašte ir neigiamo grafito elektrodo raukšlė po 100 ir 1000 ciklų. Kadangi reakcijos aktyvumas grafito krašto gale yra didesnis nei pagrindo plokštumoje, krašto galinė reakcija yra intensyvesnė, todėl grafito medžiaga labiau nukrenta. Per visą ilgalaikį įkrovimo ir iškrovimo ciklą grafito medžiagos Lc vertė rodo mažėjimo tendenciją, o d002 - didėjimo tendenciją. Lc vertė yra d002 ir grafito dribsnių grūduose sandauga, todėl grafito dribsnių grūduose skaičius mažėja. Tokie struktūriniai pokyčiai makroskopiškai pasireiškia kaip grafito medžiagos išmetimas.

6 pav. Skaitmeninė grafito anodo nuotrauka tik po aktyvavimo, 100 ciklų ir 1000 ciklų

Naudojant ličio baterijas, talpos skilimas dažnai įvyksta greičiau, o grafito anodo struktūrinis pokytis yra vienas iš pagrindinių jo veiksnių. Mes taip pat galime spręsti apie pagrįstą ličio baterijos veikimo ciklą, analizuodami neigiamo grafito elektrodo struktūros ir morfologijos pokyčius. Nenaudokite jo, kai jis yra arti šio parametro, kad neigiamas elektrodo grafitas nenusiluptų nuo vario folijos ir nekeltų pavojaus saugumui.