آلية تشكيل والوقاية من شجيري الليثيوم

شكل:

ببساطة ، يعني الليثيوم التغصني أن محتوى الليثيوم المضمن في الجرافيت يتجاوز قدرته على التحمل ، وسوف تتحد أيونات الليثيوم الزائدة مع الإلكترونات التي يتم نقلها من القطب السالب وتبدأ في الترسب على سطح القطب السالب. في عملية شحن البطارية ، يعطي الجزء الخارجي جهدًا للخارج ، بحيث يمكن استخلاص أيونات الليثيوم داخل مادة القطب الموجب إلى وسط الإلكتروليت. وبالمثل ، فإن أيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء ستنتقل إلى طبقة الكربون بشرط اختلاف الجهد الخارجي. يحتوي الجرافيت على قناة ذات طبقات ، وسيدخل الليثيوم القناة ليشكل مركبًا من الكربون والليثيوم مع الكربون ، مكونًا مركبًا لتقريب الجرافيت مثل LiCx (x=1 ~ 6). يمكن التعبير عن التفاعل الكهروكيميائي على القطب السالب لبطارية الليثيوم بالصيغة التالية:

في هذه الصيغة ، هناك معلمة، إذا تم جمعهماسيتم إنتاج الليثيوم شجيري. هنا مفهوم مألوف للجميع ، مركب إقحام الجرافيت. مركبات الجرافيت بين الصفائح (اختصارًا GICs) هي مركبات بلورية تستخدم طرقًا فيزيائية أو كيميائية لإدخال المواد غير الكربونية المتفاعلة بين طبقات الجرافيت والاندماج مع مستوى الشبكة السداسية للكربون مع الحفاظ على بنية الجرافيت ذات الطبقات.

الميزات:

عادةً ما يتم ترسيب الليثيوم التغصنات على موضع التلامس بين الفاصل والقطب السالب. يجب أن يجد الطلاب الذين لديهم خبرة في تفكيك البطاريات طبقة من مادة رمادية على الفاصل. نعم ، إنه ترسيب الليثيوم. Dendrite lithium هو معدن من الليثيوم يتكون بعد تلقي أيونات الليثيوم للإلكترونات ، ولم يعد معدن الليثيوم قادرًا على تكوين أيونات الليثيوم للمشاركة في تفاعلات شحن وتفريغ البطارية ، مما يؤدي إلى انخفاض سعة البطارية. ينمو الليثيوم التغصن من سطح القطب السالب باتجاه الفاصل. إذا تم ترسيب معدن الليثيوم بشكل مستمر ، فسوف يخترق الفاصل في النهاية ويتسبب في حدوث ماس كهربائي في البطارية ، مما يتسبب في مشكلات تتعلق بسلامة البطارية.

العوامل المؤثرة:

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تكوين الليثيوم الشجيري هي: خشونة سطح القطب السالب ، وتدرج تركيز أيون الليثيوم ، وكثافة التيار ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، طبقة SEI ، ونوع المنحل بالكهرباء ، وتركيز المذاب ، والمسافة الفعالة بين الأقطاب الموجبة والسالبة تؤثر جميعها على شجيري. تكوين الليثيوم له تأثير معين.

1. خشونة سطح القطب السالب

تؤثر خشونة سطح القطب السالب على تكوين الليثيوم الشجيري. كلما كان السطح أكثر خشونة ، كان أكثر ملاءمة لتكوين الليثيوم الشجيري. يتضمن تكوين الليثيوم التغصني الكيمياء الكهربية ، وعلم البلورات ، والديناميكا الحرارية ، وعلم الحركة. David R. Ely هناك وصف مفصل في المقالة.

2. تدرج تركيز أيون الليثيوم وتوزيعه

بعد استخلاص أيونات الليثيوم من مادة القطب الموجب ، تمر عبر الإلكتروليت والفاصل وتقبل الإلكترونات عند القطب السالب. أثناء عملية الشحن ، يزداد تركيز أيون الليثيوم للقطب الموجب تدريجياً ، وينخفض ​​تركيز أيون الليثيوم في القطب السالب بسبب القبول المستمر للإلكترونات. في محلول مخفف بكثافة تيار عالية ، سيصبح تركيز الأيونات صفرًا. على هذا الأساس ، فلوري وآخرون. يوضح النموذج الذي تم إنشاؤه باستخدام Chazalviel أنه عندما يتم تقليل تركيز الأيونات إلى 0 ، فإن القطب السالب سيشكل شحنة فضاء محلية ويشكل بنية شجرية. معدل نمو البنية التغصنية هو نفس معدل هجرة الأيونات في المنحل بالكهرباء.

3. كثافة التيار

في مقالة Dendrite Growth in Lithium / Polymer Systems ، يعتقد المؤلف أن معدل نمو طرف الليثيوم الشجيري يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالكثافة الحالية ، كما هو موضح في الصيغة التالية:

إذا تم تقليل كثافة التيار ، يمكن أن يتأخر نمو الليثيوم الشجيري إلى حد معين ، كما هو موضح في الشكل أدناه:

كيفية تجنب:

لا تزال آلية تكوين الليثيوم التغصني واضحة ، ولكن هناك العديد من نماذج النمو لمعدن الليثيوم. وفقًا لتكوين الليثيوم الشجيري والعوامل المؤثرة ، يمكن تجنب تكوين الليثيوم الشجيري من الجوانب التالية:

1). التحكم في استواء سطح مادة القطب السالب.

2). يجب أن يكون حجم جسيمات القطب السالب أصغر من نصف القطر الحراري الديناميكي الحرج.

3). تنظيم قابلية البلل للرواسب الكهربائية.

4). الحد من إمكانية الطلاء أقل من القيمة الحرجة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحسين آلية الشحن والتفريغ التقليدية. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار طريقة النبض.

5). إضافة إضافات المنحل بالكهرباء التي تعمل على استقرار واجهة القطب الكهربائي السالبة

6). استبدل السائل المنحل بالكهرباء بجيل عالي القوة / إلكتروليت صلب

7). إنشاء طبقة حماية سطح أنود الليثيوم عالية القوة

أخيرًا ، اترك سؤالين في نهاية المقال ليناقشه الجميع:

1). أين يحدث التفاعل الكهروكيميائي لأيون الليثيوم؟ الأول هو نقل الكتلة في المرحلة الصلبة بعد أن يصل التفاعل الكهروكيميائي لأيونات الليثيوم على سطح الجرافيت إلى التشبع. والثاني هو أن أيونات الليثيوم تهاجر إلى طبقات الجرافيت عبر حدود حبيبات بلورات الجرافيت ، وتتفاعل داخل الجرافيت.

2). هل يحدث التفاعل بين أيونات الليثيوم والجرافيت مركبات الكربون الليثيوم والليثيوم الشجيري في وقت واحد أو بالتتابع؟