Naujausia pažanga slopinant dujų susikaupimą ličio titanato baterijose

Ličio titanatas (Li4Ti5O12 paprastai žinomas kaip LTO) kosmoso grupė priklauso Fd3m, spinelio struktūra. Dėl savo unikalaus trimatis ličio jonų difuzijos kanalas, jis turi puikių galios savybių privalumus ir gerą aukštą ir žemą temperatūros našumą. Tuo pačiu metu ličio titanato kristalų struktūra gali išlaikyti aukštą stabilumą ličio jonų deintercalation ciklo metu, o tūrio pokytis yra mažesnis nei 1%, o tai nustato ličio titanato pagrindą tapti svarbia neigiama elektrodo medžiaga. Dar svarbiau, kad jis pašalina paslėptus pavojus akumuliatoriaus saugos ir yra žinomas kaip saugiausia neigiama elektrodų medžiaga ličio baterijų. Fizinė ličio titanato struktūra tinka kaip neigiama ličio baterijų elektrodų medžiaga, taigi kokios yra jo elektrocheminės savybės? Palyginti su anglies anodinėmis medžiagomis, ličio titanatas turi didesnį 1,55 V ir Li+/Li potencialą, teorinę 175mAh/g galią, 2,4 V atviros grandinės įtampą ir mažesnį energijos tankį bei įtampos platformą.

Ličio titanato baterijos turi didelės saugos, didelio įkrovimo, ilgo ciklo trukmės ir kt. privalumus. Tačiau, kai ličio titanatas naudojamas kaip neigiamas elektrodas, baterija turės rimtą dujų susikaupimą įkrovimo ir iškrovimo ciklo metu, kuris yra rimtesnis esant aukštai temperatūrai. Nors dėl ličio titanato baterijų dujų susikaupimo tyrimai niekada sustojo, įskaitant anglies dangos pakeitimo, hibridizacijos, nanometrizacijos ir tt, dujų susikaupimo problema nebuvo visiškai išspręsta, o tai trukdo rinkos skatinimo ličio titanato baterijų.

1. Ličio titanato akumuliatoriaus dujų susikaupimo mechanizmas

Akademinė bendruomenė mano, kad priežastis, kodėl ličio titanato / NCM baterijos dujų susikaupimas yra rimtesnis nei grafito / NCM yra tai, kad ličio titanatas negali sudaryti SEI plėvelės ant jo paviršiaus kaip grafito anodų sistemos baterija slopinti savo reakciją su elektrolitų. Įkrovimo ir iškrovimo proceso metu elektrolitas visada tiesiogiai liečiasi su Li4Ti5O12 paviršiumi, todėl elektrolitas nuolat mažinamas ir skaidosi ant Li4Ti5O12 medžiagos paviršiaus, kuris gali būti pagrindinė Li4Ti5O12 akumuliatoriaus dujų susikaupimo priežastis.

Pagrindinės dujų sudedamosios dalys yra H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 ir kt. Kai ličio titanatas panardinamas tik į elektrolitą, gaminamas tik CO2. Po to, kai jis patenka į bateriją su NCM medžiagomis, gaminamos dujos apima H2, CO2, CO ir nedidelį kiekį dujinių angliavandenilių. Įkrovimo ir iškrovimo metu gaminama H2, o H2 kiekis tuo pačiu metu pagamintose dujose viršija 50 %. Tai rodo, kad H2 ir CO dujos bus generuojamos įkrovimo ir išleidimo proceso metu.

LiPF6 turi tokią elektrolito pusiausvyrą:

PF5 yra stipri rūgštis, kuri lengvai sukelia karbonatų skilimą, o PF5 kiekis didėja didėjant temperatūrai. PF5 padeda elektrolitui suskaidyti co2, CO ir CxHy dujas. Remiantis susijusiais tyrimais, H2 kartos ateina iš pėdsakų vandens elektrolitų, tačiau vandens kiekis elektrolitų paprastai yra apie 20 × 10-6, kuris prisideda labai mažai H2 gamybą. Wu Kai Šanchajaus Jiaotong universiteto naudojamas grafitas / NCM111 kaip baterija savo eksperimentą ir padarė išvadą, kad H2 šaltinis yra karbonato skilimas esant aukštai įtampai.

2. Ličio titanato baterijų dujų susikaupimo slopinimas

Šiuo metu yra daugiausia trys sprendimai, siekiant slopinti ličio titanato baterijų dujų susikaupimą. Pirma, LTO anodų medžiagų apdorojimas ir modifikavimas, įskaitant patobulintus paruošimo metodus ir paviršiaus keitimą ir t. t.; antra, LTO anodus atitinkančius elektrolitus, įskaitant priedus , tirpiklio sistemą; trečia, pagerinti baterijos technologiją.

(1) Pagerinti žaliavų grynumą ir išvengti priemaišų patekimo gamybos procese. Priemaišos dalelės bus ne tik katalizuoti elektrolito klasifikacija generuoti dujas, bet ir labai sumažinti našumą, ciklo trukmę ir saugumą ličio baterija. Todėl priemaišų įvedimas į bateriją turi būti sumažintas iki minimumo.

(2) Ličio titanato paviršius padengtas nano anglies dalelėmis. Akivaizdi dujų susidarymo neigiamo elektrodo LTO priežastis yra ta, kad SEI plėvelės susidarymas yra lėtesnis ir mažesnis, o tai veda prie dujų susikaupimo reiškinio, lydinčio jo gyvenimą. Tyrimas parodė, kad tarp ličio titanato ir elektrolitų sąsajos (pvz., nano anglies dangos sluoksnio tiesimo ant ličio titanato paviršiaus (LTO/C) ir kieto elektrolito sąsajos (SEI) plėvelės, sudarytos ant dangos sluoksnio) Buvo nustatytas izoliacinis sluoksnis) Viena vertus, kontaktinis plotas tarp LTO medžiagos ir elektrolito sumažinamas, kad būtų išvengta dujų susidarymo. Kita vertus, pati anglis gali gaminti SEI plėvelę, kad atsispindintų LTO trūkumą, ir tuo pat metu ji taip pat gali padidinti LTO medžiagos laidumą. Pirmiau pateikti mokslinių tyrimų rezultatai gali išspręsti ličio titanato akumuliatoriaus gamybos problemą. Dujų elgesys yra labai svarbus, ir skatina projektavimo ir didelio masto taikymo ir plėtros didelės energijos ličio titanato energijos baterijas.

(3) Pagerinti elektrolitų funkcionalumą. Naujų elektrolitų vystymuisi daugelis patentų linkę naudoti priedus, kad skatintų tankios SEI plėvelės susidarymą LTO paviršiuje, kad slopintų šalutinių reakcijų atsiradimą LTO ir elektrolito sąsajoje. Tam tikri elektrolitų priedai, pvz., fluorinti karbonatai ir fosfatai, padeda formuoti stabilią SEI plėvelę teigiamame elektrodų paviršiuje, taip sumažinant metalo jonų tirpimą ant teigiamo elektrodo paviršiaus, taip sumažinant dujų susidarymą. Plėvelės formavimo priedai taip pat gali slopinti dujų gamybą. Į pridedamus plėvelę formuojamuose prieduose yra ličio borato, succinonitrile arba adiponitrilas ir junginiai, kurių struktūra R-CO-CH=N2 (kur R yra C1-C8 alkil arba fenil), ciklinis fosfatas, fenilo dariniai, fenilacetileno dariniai, LiF priedai ir kt., šie plėvelių formavimo priedai yra naudingi SEI plėvelės susidarymui LTO paviršiuje ir tam tikru mastu slopina vidurių pūtimo atsiradimą.

(4) Teigiama elektrodų paviršiaus danga. Teigiamo elektrodo paviršiaus padengimas stabiliu junginiu, pvz., aliuminio oksidu, gali veiksmingai slopinti metalo jonų tirpinimą. Tačiau pernelyg sudėtingas dangos sluoksnis slopins ličio jonų deinterkalaciją ir turės įtakos medžiagos elektrocheminiam veikimui.

(5) Tobulinti baterijų gamybos technologiją. Kai baterija yra pagaminta, būtina kontroliuoti aplinkos drėgmę ir drėgmės įvedimo operacijos metu. Iš dujų priežasties gali būti žinoma, kad drėgmė ore reaguos su teigiama elektrodų medžiaga, kad susidarytų ličio karbonatas ir pagreitintų elektrolito skilimą, kad susidarytų anglies dioksidas. Be to, pati ličio titanato medžiaga turi labai stiprią vandens absorbciją (ji turi būti eksploatuojama sausoje patalpoje). Po neigiamo poliaus gabalas sugeria drėgmę, jis reaguoja su PF5 gaminamas grįžtamojo skilimo elektrolito formos H2, todėl griežtas drėgmės kontrolė yra labai svarbus .