ความคืบหน้าล่าสุดในการปราบปรามความมีลมในแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต

ลิเธียมไททาเนต (Li4Ti5O12 ที่รู้จักกันโดยทั่วไปเป็น LTO) กลุ่มพื้นที่เป็นของ Fd3m โครงสร้าง spinel เนื่องจากเป็นเอกลักษณ์สามมิติลิเธียมไอออนช่องการแพร่กระจาย, มันมีข้อดีของลักษณะอํานาจที่ดีเยี่ยมและประสิทธิภาพอุณหภูมิที่ดีและต่ํา. ในเวลาเดียวกันโครงสร้างผลึกของลิเธียมไททาเนตสามารถรักษาเสถียรภาพสูงในช่วงรอบการถอดลิเธียมไอออนและการเปลี่ยนแปลงปริมาณน้อยกว่า 1% ซึ่งวางรากฐานสําหรับลิเธียมไททาเนตจะกลายเป็นวัสดุขั้วลบที่สําคัญ ที่สําคัญกว่านั้นจะช่วยลดอันตรายที่ซ่อนอยู่ของความปลอดภัยของแบตเตอรี่และเป็นที่รู้จักกันเป็นวัสดุอิเล็กโทรลบที่ปลอดภัยที่สุดสําหรับแบตเตอรี่ลิเธียม โครงสร้างทางกายภาพของลิเธียม Titanate เหมาะสําหรับเป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบสําหรับแบตเตอรี่ลิเธียมดังนั้นสิ่งที่เป็นลักษณะทางเคมีไฟฟ้า? เมื่อเทียบกับวัสดุขั้วบวกคาร์บอน, titanate ลิเธียมมีศักยภาพที่สูงขึ้นของ 1.55V vs Li + / Li, ความจุทฤษฎีของ 175mAh / g, แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของ 2.4V, และความหนาแน่นของพลังงานต่ําและแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตมีข้อได้เปรียบของความปลอดภัยสูงการชาร์จอัตราสูงอายุการใช้งานยาวนาน ฯลฯ อย่างไรก็ตามเมื่อ lithium titanate ใช้เป็นขั้วลบแบตเตอรี่จะมีอาการท้องอืดร้ายแรงในระหว่างการชาร์จและวงจรการปลดปล่อยซึ่งเป็นที่ร้ายแรงมากขึ้นที่อุณหภูมิสูง แม้ว่างานวิจัยเกี่ยวกับความมีลมของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตไม่เคยหยุด, รวมทั้งการปรับเปลี่ยนการเคลือบคาร์บอน, ไฮบริด, nanometerization, เป็นต้น, ปัญหาท้องอืดไม่ได้แก้ไขอย่างสมบูรณ์, ซึ่งขัดขวางการส่งเสริมการตลาดของแบตเตอรี่ titanate ลิเธียม.

1.กลไกท้องอืดของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต

ชุมชนวิชาการเชื่อว่าเหตุผลที่ทําให้ท้องอืดของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต / NCM แบตเตอรี่เป็นรุนแรงกว่ากราไฟท์ / NCM เป็นที่ไททาเนตลิเธียมไม่สามารถสร้างฟิล์ม SEI บนพื้นผิวของมันเช่นแบตเตอรี่ระบบไฟฟ้ าธาตุเพื่อยับยั้งปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ ในระหว่างการชาร์จและการปลดปล่อยอิเล็กโทรไลต์จะสัมผัสกับพื้นผิวของ Li4Ti5O12 โดยตรงเสมอซึ่งส่งผลให้เกิดการลดและสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิวของวัสดุ Li4Ti5O12 ซึ่งอาจจะเป็นสาเหตุหลักของแบตเตอรี่ Li4Ti5O12

ส่วนประกอบหลักของก๊าซได้แก่ H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 ฯลฯ เมื่อลิเธียมไททาเนตถูกแช่ในอิเล็กโทรไลต์เพียงอย่างเดียวเท่านั้นที่ผลิต CO2 หลังจากที่มันถูกสร้างขึ้นเป็นแบตเตอรี่ที่มีวัสดุ NCM, ก๊าซที่ผลิตรวมถึง H2, CO2, CO และปริมาณขนาดเล็กของก๊าซไฮโดรคาร์บอน ในระหว่างการชาร์จและปลดปล่อย H2 ผลิตและเนื้อหาของ H2 ในก๊าซที่ผลิตในเวลาเดียวกันเกิน 50% นี้บ่งชี้ว่า ก๊าซ H2 และ CO จะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการชาร์จและปล่อย

LiPF6 มีความสมดุลต่อไปนี้ในอิเล็กโทรไล:

PF5 เป็นกรดที่แข็งแกร่งซึ่งทําให้เกิดการสลายตัวของคาร์บอเนตและปริมาณของ PF5 เพิ่มขึ้นด้วยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ PF5 ช่วยให้อิเล็กโทรไลต์เพื่อย่อยสลายตัวในการผลิตก๊าซ CO2, CO และ CxHy ตามการศึกษาที่เกี่ยวข้อง, รุ่นของ H2 มาจากน้ําติดตามในอิเล็กโทรไลต์, แต่ปริมาณน้ําในอิเล็กโทรไลโดยทั่วไปจะเกี่ยวกับ 20× 10-6, ซึ่งก่อให้เกิดน้อยมากในการผลิตของ H2. Wu Kai ของมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้ Jiaotong ใช้กราไฟท์ / NCM111 เป็นแบตเตอรี่ในการทดลองของเขาและสรุปว่าแหล่งที่มาของ H2 คือการสลายตัวของคาร์บอเนตภายใต้แรงดันสูง.

2.การยับยั้งของท้องอืดในแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต

ปัจจุบันมีสามส่วนใหญ่โซลูชั่นเพื่อยับยั้งความมีลมของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต ขั้นแรกการประมวลผลและการปรับเปลี่ยนของวัสดุขั้วบวก LTO รวมทั้งวิธีการเตรียมการปรับปรุงและการปรับเปลี่ยนพื้นผิว ฯลฯ; สองการพัฒนาของอิเล็กโทรไลต์ที่ตรงกับขั้วบวก LTO รวมทั้งสารเติมแต่งระบบตัวทําละลาย; สามปรับปรุงเทคโนโลยีแบตเตอรี่

(1)ปรับปรุงความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบและหลีกเลี่ยงการแนะนําของสิ่งสกปรกในระหว่างกระบวนการผลิตของ อนุภาคที่ไม่บริสุทธิ์จะไม่เพียง แต่จะเร่งการจําแนกอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างก๊าซ แต่ยังช่วยลดประสิทธิภาพการทํางานอายุการใช้งานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม ดังนั้นการแนะนําของสิ่งสกปรกในแบตเตอรี่จะต้องลดลง

(2)พื้นผิวของลิเธียมไททาเนตถูกปกคลุมด้วยอนุภาคนาโนคาร์บอนของ เหตุผลที่ชัดเจนสําหรับการก่อตัวของก๊าซในขั้วลบ LTO คือการก่อตัวของฟิล์ม SEI จะช้าและน้อยลงซึ่งนําไปสู่ปรากฏการณ์ของท้องอืดประกอบชีวิต การศึกษาพบว่าชั้นฉนวนก่อตั้งขึ้นระหว่างลิเธียมไททาเนตและอินเตอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ (เช่นการสร้างชั้นเคลือบนาโนคาร์บอนบนพื้นผิวลิเธียมไททาเนต (LTO / C) และอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง (SEI) ฟิล์มที่เกิดขึ้นบนชั้นเคลือบ) ในทางกลับกันคาร์บอนเองสามารถผลิตฟิล์ม SEI เพื่อสร้างขึ้นสําหรับการขาด LTO และในเวลาเดียวกันก็ยังสามารถเพิ่มการนําของวัสดุ LTO ผลการวิจัยข้างต้นสามารถแก้ปัญหาการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต พฤติกรรมก๊าซมีความสําคัญอย่างยิ่งและส่งเสริมการออกแบบและการประยุกต์ใช้ขนาดใหญ่และการพัฒนาของแบตเตอรี่ลิเธียม titanate พลังงานสูงแบตเตอรี่

(3)ปรับปรุงการทํางานของอิเล็กโทรไลต์ของ สําหรับการพัฒนาของอิเล็กโทรไลต์ใหม่, สิทธิบัตรจํานวนมากมักจะใช้สารเติมแต่งเพื่อส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์ม SEI หนาแน่นบนพื้นผิวของ LTO เพื่อปราบปรามการเกิดปฏิกิริยาด้านข้างที่อินเตอร์เฟซระหว่าง LTO และอิเล็กโทรไลต์. สารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์บางอย่างเช่นคาร์บอเนตฟลูออรินาเตและฟอสเฟตจะเอื้อต่อการก่อตัวของฟิล์ม SEI ที่มีเสถียรภาพบนพื้นผิวอิเล็กโทรดบวกลดการสลายตัวของไอออนโลหะบนพื้นผิวอิเล็กโทรดในเชิงบวกจึงลดการสร้างก๊าซ สารเติมแต่งฟิล์มขึ้นรูปยังสามารถยับยั้งการผลิตก๊าซ สารเติมแต่งฟิล์มขึ้นรูปเพิ่มได้แก่ลิเธียมบอเรท, succinonitrile หรือ adiponitrile, และสารประกอบที่มีโครงสร้างของ R-CO-CH = N2 (โดยที่ R คือ C1-C8 อัลคิลหรือฟีนิล), ฟอสเฟตแบบ cyclic, อนุพันธ์ฟีนิล, อนุพันธ์ฟีนิลเลท, สารเติมแต่ง LiF, ฯลฯ สารเติมแต่งฟิล์มขึ้นรูปเหล่านี้ทั้งหมดเอื้อต่อการสะสมของฟิล์ม SEI บนพื้นผิวของ LTO และยับยั้งการเกิดความมีลมในขอบเขตที่แน่นอน

(4)เคลือบผิวขั้วบวกของ ครอบคลุมพื้นผิวของอิเล็กโทรดบวกที่มีสารประกอบที่มีเสถียรภาพเช่นอลูมินาได้อย่างมีประสิทธิภาพสามารถยับยั้งการสลายตัวของไอออนโลหะ อย่างไรก็ตามชั้นเคลือบที่ซับซ้อนมากเกินไปจะยับยั้งการยับยั้งการยับยั้งไอออนลิเธียมและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทํางานของไฟฟ้าของวัสดุ

(5)ปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตแบตเตอรี่ของ เมื่อแบตเตอรี่ที่ผลิตมีความจําเป็นต้องควบคุมความชื้นสิ่งแวดล้อมและการแนะนําของความชื้นในระหว่างการดําเนินการ สามารถเป็นที่รู้จักกันจากสาเหตุของก๊าซที่ความชื้นในอากาศจะตอบสนองกับวัสดุอิเล็กโทรดบวกในรูปแบบลิเธียมคาร์บอเนตและเร่งการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นอกจากนี้วัสดุลิเธียม titanate ตัวเองมีการดูดซึมน้ําที่แข็งแกร่งมาก (มันจะต้องมีการดําเนินการในห้องแห้ง) หลังจากที่ชิ้นส่วนขั้วลบดูดซับความชื้นก็จะทําปฏิกิริยากับ PF5 ผลิตโดยการสลายตัวกลับของอิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบ H2 ดังนั้นการควบคุมความชื้นที่เข้มงวดเป็นสิ่งจําเป็น