วิวัฒนาการของสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของขั้วบวกกราไฟท์ในช่วงระยะเวลาแบตเตอรี่ระยะยาว

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันวัสดุขั้วบวกที่ใช้กันทั่วไปสําหรับแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นวัสดุขั้วบวกคาร์บอนที่ใช้, ไททาเนตลิเธียมและวัสดุคอมโพสิตซิลิคอนที่ใช้ เนื่องจากข้อจํากัดความหนาแน่นของลิเธียมไททาเนตการขยายตัวและด้อยกว่าของวัสดุคอมโพสิตซิลิคอนที่ใช้ได้รับมันไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดีและวัสดุขั้วบวกคาร์บอนที่ใช้ยังคงครอบครองส่วนหลักของขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียม

วัสดุขั้วบวกคาร์บอนส่วนใหญ่ประกอบด้วยกราไฟท์คาร์บอนแข็งและขั้วบวกคาร์บอนอ่อน กราไฟท์เป็นวัสดุขั้วบวกที่ใช้กันทั่วไป แกรไฟท์มีข้อดีของการนําไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์สูงค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายลิเทียมไอออนขนาดใหญ่การเปลี่ยนแปลงปริมาณขนาดเล็กก่อนและหลังการแทรกลิเธียมความจุสูงแทรกลิเธียมและลิเธียมต่ําแทรกที่มีศักยภาพฯลฯและได้กลายเป็นปัจจุบันหลักวัสดุขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ ทุกคนรู้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นแบตเตอรี่รองที่ทํางานในสไตล์เก้าอี้โยก". ถ้าไอออนลิเธียมกระสางไปมาระหว่างขั้วลบกราไฟท์และวัสดุอิเล็กโทรดบวกโดยไม่สูญเสียแล้วนี้จะเป็นรัฐที่เหมาะที่สุด แต่ความจริงก็คือว่ามันได้รับผลกระทบจากชั้นกราไฟท์ แบตเตอรี่ลิเธียมจะค่อยๆลดทอนและเสื่อมสภาพในระหว่างการใช้งานเนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยหลายอย่างเช่นโครงสร้างรูปร่างโครงสร้างผลึกของวัสดุแคโทดการนําไอออนของอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิจนกว่ามันจะไม่ถูกต้อง

ในกระบวนการของการขี่จักรยานในระยะยาววิธีการที่จะสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของขั้วบวกกราไฟท์ของแบตเตอรี่ลิเธียมเปลี่ยน? วัสดุอิเล็กโทรดบวกเป็นลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์และวัสดุอิเล็กโทรดลบเป็นกราไฟท์ หลังจากเตรียมแบตเตอรี่ลิเธียมแล้วจะมีการทดสอบวงจรในระยะยาวและตัวอย่างจะถูกนํามาตรวจหาและวิเคราะห์ที่โหนดวงจรที่แตกต่างกัน

1.วิวัฒนาการของสัณฐานวิทยาของกราไฟต์ขั้วบวกในช่วงระยะยาว- ยาวขี่จักรยาน

การทดสอบรอบแบตเตอรี่ลิเธียมได้ดําเนินการเป็นเวลา 1000 สัปดาห์, ไม่assembledตามลําดับ (a), เปิดใช้งาน (b), 600 รอบ (c), 700 รอบ (d), 800 รอบ (e), 900 รอบ (f), 1000 รอบ (ก.) ชิ้นส่วนขั้วลบจะถูกวิเคราะห์โดย SEM, และผลที่ได้จะแสดงในรูปที่ 1:

รูปที่ 1 ภาพ SEM ของขั้วบวกกราไฟท์หลังจากรอบที่แตกต่างกัน (5000 ครั้ง)

มันสามารถมองเห็นวัสดุกราไฟท์ไม่ว่าจะเป็น unassembled, เปิดใช้งานหรือรีไซเคิลจะประกอบด้วยอนุภาคตั้งแต่หลายร้อยนาโนเมตรถึงสิบไมโครเมตรและการกระจายขนาดอนุภาคไม่สม่ําเสมอและไม่มีวัสดุกราไฟท์ที่พบในภาพขยายของ 5000 ครั้ง ลักษณะการเปลี่ยนแปลง ในภาพขยาย 50,000 ครั้ง (รูปที่ 2) แกรไฟท์ที่ไม่มีการรวมกันมีพื้นผิวที่สะอาดและมีเพียงพื้นผิวกราไฟท์ที่เปิดใช้งานจะเริ่มแสดงสารฟิล์มเหมือนและสารฟิล์มเหมือนเหล่านี้ยังมีอยู่บนพื้นผิวกราไฟท์ในช่วงที่ชาร์จและรอบการปลดปล่อยต่อไปนี้ สาร หลังจากการทดสอบและการวิเคราะห์ EDS พบว่าอิเล็กโทรดกราไฟท์ที่ไม่มีการรวมกันมีองค์ประกอบ C เท่านั้น อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากองค์ประกอบ C แล้ว องค์ประกอบ O จะปรากฏในอิเล็กโทรดกราไฟท์หลังจากเปิดใช้งานและรอบที่แตกต่างกันเท่านั้น ผลนี้แสดงให้เห็นว่าเฉพาะขั้วไฟฟ้าแกรไฟต์ที่เปิดใช้งานและขี่จักรยานเท่านั้นที่สร้างวัสดุที่มี O ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าวัสดุที่เหมือนฟิล์มเป็นฟิล์ม SEI

รูปที่ 2 ภาพ SEM ของขั้วบวกกราไฟท์หลังจากรอบที่แตกต่างกัน (50,000 ครั้ง)

2.วิวัฒนาการของโครงสร้างของกราไฟท์ขั้วบวกในช่วงระยะยาว- ระยะขี่จักรยาน

การเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ของขั้วบวกกราไฟท์ในระหว่างการขี่จักรยานระยะยาวจะสะท้อนให้เห็นส่วนใหญ่ในแก้วชั้นกราไฟท์และการเพิ่มขึ้นของระยะห่างชั้น การทดสอบ XRD ได้ดําเนินการบนขั้วลบแกรไฟต์ที่ไม่มีการประกอบหลังจาก 600, 700, 800, 900 และ 1000 รอบและผลจะแสดงในรูปที่ 3 ตามสมการของ Bragg และสูตร Scherrer ของระยะห่างระหว่าง d002 ระดับของ graphitization, ขนาดเม็ด Lc และขนาดเม็ด La ของวัสดุกราไฟท์ในทิศทางของ (002) ระนาบคริสตัลสามารถคํานวณ

รูปที่ 3 รูปแบบ XRD ของขั้วบวกกราไฟท์หลังจากรอบที่แตกต่างกัน

รูปที่ 4 แสดงเส้นโค้งของ d002 และ graphitization องศาของขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ที่มีจํานวนของรอบ ในช่วงรอบการชาร์จ 1000 ทั้ง d002 และ graphitization ของวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟท์มีการเปลี่ยนแปลงน้อยมาก แต่ d002 พบว่าแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นและระดับ graphitization พบว่าแนวโน้มลดลง

รูปที่ 4 กราไฟต์ d002 และการเปลี่ยนแปลงระดับปริญญา graphitization กับจํานวนของรอบ

รูปที่ 5 คือกราฟของขนาดเม็ดผลึก Lc และ La ของวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟท์เป็นฟังก์ชันของจํานวนรอบ Lc ในกระบวนการของการไม่หมุนเวียนไป 1000 ครั้งแสดงให้เห็นแนวโน้มลดลงทีละน้อย, La

รูปที่ 5 กราไฟท์ขนาดเม็ด Lc และ La การเปลี่ยนแปลงกับจํานวนของรอบ

ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของกราไฟท์ขั้วลบชิ้นในระหว่างการขี่จักรยานระยะยาวถูกสังเกตและผลที่ได้จะแสดงในรูปที่ 6 อิเล็กโทรดกราไฟต์ลบที่เปิดใช้งานจะถูกผูกมัดอย่างดีและสภาพพื้นผิวเป็นเรื่องปกติ แต่วัสดุอิเล็กโทรดค่อยๆปรากฏขึ้นที่ขอบและคดเคี้ยวรอยพับของขั้วลบกราไฟท์หลังจาก 100 และ 1000 รอบ เนื่องจากกิจกรรมปฏิกิริยาในตอนท้ายของขอบกราไฟท์สูงกว่าที่ระนาบฐานปฏิกิริยาด้านข้างในตอนท้ายของขอบจะรุนแรงมากขึ้นทําให้วัสดุกราไฟท์มีแนวโน้มที่จะตกออก ในช่วงระยะเวลาการชาร์จและวงจรการปลดปล่อยแบบระยะยาวค่า Lc ของวัสดุกราไฟท์จะแสดงแนวโน้มที่ลดลงและ d002 แสดงแนวโน้มที่เพิ่มขึ้น ค่า Lc เป็นผลิตภัณฑ์ของ d002 และจํานวนของสะเก็ดกราไฟท์ในเมล็ดข้าวดังนั้นจํานวนสะเก็ดกราไฟท์ในเมล็ดข้าวแสดงแนวโน้มลดลง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างดังกล่าวเป็นปรากฏการณ์ทางสายตาเป็นการไหลของวัสดุกราไฟท์

รูปที่ 6 ภาพดิจิตอลของไฟโนดกราไฟท์หลังจากการเปิดใช้งานเท่านั้น, 100รอบและ1000รอบ

ในระหว่างการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมการสลายตัวของความจุมักจะเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของขั้วบวกกราไฟท์เป็นหนึ่งในปัจจัยหลัก นอกจากนี้เรายังสามารถตัดสินวงจรอายุการใช้งานที่เหมาะสมของแบตเตอรี่ลิเธียมโดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างและสัณฐานวิทยาของขั้วลบกราไฟท์ หยุดใช้มันเมื่อมันอยู่ใกล้กับพารามิเตอร์นี้เพื่อป้องกันไม่ให้กราไฟท์ขั้วลบจากการลอกออกฟอยล์ทองแดงและก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย