Istraživanje fenomena litijske presvlake u litijevim baterijama: ključ za očuvanje sigurnosti i performansi baterije.

Hej prijatelji! Znate li koji je osnovni izvor energije u elektroničkim uređajima bez kojih ne možemo svaki dan, poput mobilnih telefona i prijenosnih računala? Tako je, to su litijske baterije. No, razumijete li pomalo problematičan fenomen u litijevim baterijama - litijsku presvlaku? Danas dublje istražimo fenomen litijske presvlake u litijevim baterijama, shvatimo o čemu se radi, kakve utjecaje donosi i kako se s tim možemo nositi.

I. Što je litijska presvlaka u litijevim baterijama?

Pokrivanje litijem u litijskim baterijama je poput "male nezgode" u svijetu baterija. Jednostavno rečeno, pod određenim okolnostima, litijevi ioni u bateriji trebali bi se dobro smiriti na negativnoj elektrodi, ali umjesto toga, oni se nestašno talože na površini negativne elektrode i pretvaraju u metalni litij, baš kao što rastu male grane. To zovemo litijev dendrit. Ovaj se fenomen obično događa u okruženjima s niskom temperaturom ili kada se baterija opetovano puni i prazni. Jer u ovom trenutku, litijevi ioni koji izlaze iz pozitivne elektrode ne mogu se normalno umetnuti u negativnu elektrodu i mogu samo "postaviti logor" na površini negativne elektrode.

II. Zašto dolazi do presvlačenja litijem?

Fenomen litijskog presvlačenja ne pojavljuje se bez razloga. To je uzrokovano mnogim čimbenicima koji djeluju zajedno.

Prvo, ako "kućica" negativne elektrode nije dovoljno velika, to jest, kapacitet negativne elektrode nije dovoljan da primi sve ione litija koji izlaze iz pozitivne elektrode, tada se višak iona litija može taložiti samo na površini negativna elektroda.

Drugo, budite oprezni prilikom punjenja! Ako punite na niskim temperaturama, s velikom strujom ili prekomjerno punjenje, to je kao da u "malu kuću" negativne elektrode dolazi previše gostiju odjednom. Ne može to podnijeti, a litijevi ioni se ne mogu umetnuti na vrijeme, pa dolazi do fenomena litijskog platinga.

Također, ako unutarnja struktura baterije nije dizajnirana razumno, kao što je ako ima nabora u separatoru ili je baterijska ćelija deformirana, to će utjecati na put kući za litijeve ione i učiniti ih nesposobnima da pronađu pravi smjer, što može lako dovesti do litijiranja.

Osim toga, elektrolit je kao "mali vodič" za litijeve ione. Ako je količina elektrolita nedovoljna ili ploče elektrode nisu u potpunosti infiltrirane, litijevi ioni će se izgubiti i uslijedit će litijsko presvlačenje.

Konačno, vrlo je važan i SEI film na površini negativne elektrode! Ako postane predebeo ili se ošteti, litijevi ioni ne mogu ući u negativnu elektrodu i pojavit će se fenomen litijskog platinga.

III. Kako možemo riješiti litijsku oplatu?

Ne brinite, imamo načina kako se nositi s litijskim oplatama.

Možemo optimizirati strukturu baterije. Na primjer, dizajnirajte bateriju razumnije, smanjite područje koje se zove Overhang, koristite dizajn s više jezičaka i prilagodite omjer N/P kako biste omogućili nesmetaniji protok litijevih iona.

Također je ključno kontrolirati uvjete punjenja i pražnjenja baterije. To je kao da uredite odgovarajuća "prometna pravila" za litijeve ione. Kontrolirajte napon punjenja i pražnjenja, struju i temperaturu tako da je manja vjerojatnost da će doći do reakcije litijiranja.

Poboljšanje sastava elektrolita također je dobro. Možemo dodati litijeve soli, aditive ili suotapala kako bi elektrolit bio bolji. Ne samo da može inhibirati razgradnju elektrolita, već i spriječiti reakciju presvlačenja litijem.

Također možemo modificirati materijal negativne elektrode. To je kao da stavljate "zaštitnu odjeću" na negativnu elektrodu. Metodama kao što su površinsko premazivanje, dopiranje ili legiranje, možemo poboljšati stabilnost i sposobnost negativne elektrode protiv litijskog presvlačenja.

Naravno, bitan je i sustav upravljanja baterijom. To je poput pametnog "batlera" koji nadzire i inteligentno kontrolira proces punjenja i pražnjenja u stvarnom vremenu kako bi osigurao da baterija radi u sigurnim uvjetima, izbjegao prekomjerno punjenje i pražnjenje i smanjio rizik od litijske presvlake.

IV. Kakav utjecaj litij ima na baterije?

Pokrivanje litijem nije dobra stvar! To će uzrokovati rast litijevih dendrita unutar baterije. Ovi litijevi dendriti su poput malih problema. Mogu prodrijeti kroz separator i izazvati unutarnji kratki spoj, što je vrlo opasno. Možda će čak izazvati toplinski bijeg i sigurnosne nesreće. Štoviše, tijekom procesa litijiranja, broj litijevih iona se smanjuje, a kapacitet baterije će također opasti, skraćujući životni vijek baterije.

V. Kakav je odnos između niskotemperaturnih okruženja i litijske presvlake?

U okruženjima s niskom temperaturom, elektrolit će postati ljepljiv. Taloženje litija na negativnoj elektrodi bit će jače, impedancija prijenosa naboja će se povećati, a kinetički uvjeti će se također pogoršati. Kombinacija ovih čimbenika je poput dodavanja goriva fenomenu litijske presvlake, čineći litijske baterije sklonijima litijskoj presvlaci u okruženjima s niskim temperaturama i utječući na trenutnu izvedbu i dugoročno zdravlje baterije.

VI. Kako sustav za upravljanje baterijom može smanjiti litij?

Sustav upravljanja baterijom je vrlo moćan! Može pratiti parametre baterije u stvarnom vremenu, baš kao par oštrih očiju, uvijek promatrajući stanje baterije. Zatim prilagodite strategiju punjenja prema podacima kako bi litijevi ioni bili poslušni.

Također može identificirati abnormalne promjene u krivulji punjenja baterije. Poput pametnog detektiva, može unaprijed predvidjeti fenomen litijske presvlake i izbjeći ga.

Upravljanje toplinom je također vrlo važno! Sustav za upravljanje baterijom može grijati ili hladiti bateriju kako bi kontrolirao radnu temperaturu i omogućio litij ionima da se kreću na odgovarajućoj temperaturi kako bi se smanjio rizik od litijske presvlake.

Balansirano punjenje također je bitno. Može osigurati da se svaka pojedinačna baterija u paketu baterija ravnomjerno puni, baš kao što dopušta svakom litij-ionu da pronađe svoju "malu sobu".

Štoviše, kroz napredak u znanosti o materijalima, također možemo optimizirati materijal negativne elektrode i strukturni dizajn baterije kako bismo bateriju učinili jačom.

Konačno, podešavanje brzine punjenja i distribucije struje također je ključno. Izbjegavajte pretjeranu lokalnu gustoću struje i postavite razuman granični napon punjenja kako biste omogućili sigurno umetanje litijevih iona u negativnu elektrodu.

Zaključno, iako je pojava litijske presvlake u litijevim baterijama pomalo problematična, sve dok duboko razumijemo njegove uzroke i poduzmemo učinkovite preventivne i kontrolne mjere, možemo učiniti litijeve baterije sigurnijima, bolje performanse i dulji radni vijek. Radimo zajedno na zaštiti naših litijskih baterija!