Литий батареяларындағы литиймен қаптау құбылысын зерттеу: батарея қауіпсіздігі мен өнімділігін қамтамасыз етудің кілті.

Эй, достар! Ұялы телефондар мен ноутбуктер сияқты күнделікті онсыз өмір сүре алмайтын электронды құрылғылардағы негізгі қуат көзі не екенін білесіз бе? Дұрыс, бұл литий батареялары. Бірақ сіз литий батареяларындағы біршама қиын құбылысты - литиймен қаптауды түсінесіз бе? Бүгін литий батареяларындағы литий жалату құбылысын терең зерттеп көрейік, оның не екенін, оның қандай әсер ететінін және онымен қалай күресуге болатынын түсінейік.

I. Литий батареяларындағы литиймен қаптау дегеніміз не?

Литий батареяларындағы литиймен қаптау батарея әлеміндегі «кішкентай апат» сияқты. Қарапайым сөзбен айтқанда, белгілі бір жағдайларда аккумулятордағы литий иондары теріс электродта жақсы орналасуы керек, бірақ оның орнына олар теріс электродтың бетіне жағымсыз түрде тұнып, кішкентай бұтақтар сияқты металл литийге айналады. Біз бұл литий дендриті деп атаймыз. Бұл құбылыс әдетте төмен температуралы орталарда немесе батарея қайта-қайта зарядталып, заряды таусылғанда орын алады. Өйткені бұл уақытта оң электродтан ағып жатқан литий иондары теріс электродқа әдетте енгізілмейді және тек теріс электродтың бетінде «лагерь орната алады».

II. Неліктен литиймен қаптау пайда болады?

Литиймен қаптау құбылысы себепсіз пайда болмайды. Бұл көптеген факторлардың бірігіп жұмыс істеуіне байланысты.

Біріншіден, егер теріс электродтың «кіші үйі» жеткілікті үлкен болмаса, яғни теріс электродтың сыйымдылығы оң электродтан өтетін барлық литий иондарын орналастыру үшін жеткіліксіз болса, онда артық литий иондары тек бетінде тұнбаға түсе алады. теріс электрод.

Екіншіден, зарядтау кезінде абай болыңыз! Төмен температурада, үлкен токпен немесе шамадан тыс зарядтау кезінде, теріс электродтың «шағын үйіне» бірден тым көп қонақтар келетін сияқты. Ол оны жеңе алмайды және литий иондарын уақытында енгізу мүмкін емес, сондықтан литиймен қаптау құбылысы орын алады.

Сондай-ақ, егер батареяның ішкі құрылымы ақылға қонымды түрде жасалмаса, мысалы, сепараторда әжімдер болса немесе батарея ұяшығы деформацияланса, бұл литий иондарының үйге қайту жолына әсер етеді және оларды дұрыс бағытты таба алмайды. литиймен қаптауға оңай әкелуі мүмкін.

Сонымен қатар, электролит литий иондары үшін «кішкентай бағыттаушы» сияқты. Егер электролит мөлшері жеткіліксіз болса немесе электрод тақталары толығымен инфильтрацияланбаса, литий иондары жоғалып кетеді де, литиймен қаптау басталады.

Ақырында, теріс электродтың бетіндегі SEI пленкасы да өте маңызды! Егер ол тым қалың болып кетсе немесе зақымдалса, литий иондары теріс электродқа кіре алмайды және литиймен қаптау құбылысы пайда болады.

III. Литиймен қаптауды қалай шешуге болады?

Уайымдамаңыз, бізде литиймен қаптаумен күресудің жолдары бар.

Біз батарея құрылымын оңтайландыра аламыз. Мысалы, литий иондарының біркелкі ағуына мүмкіндік беру үшін батареяны неғұрлым ақылға қонымды етіп жасаңыз, Overhang деп аталатын аумақты азайтыңыз, көп қойынды дизайнын пайдаланыңыз және N/P қатынасын реттеңіз.

Батареяны зарядтау және зарядсыздандыру жағдайларын бақылау да өте маңызды. Бұл литий иондары үшін сәйкес «жол қозғалысы ережелерін» ұйымдастыру сияқты. Литиймен қаптау реакциясының пайда болу ықтималдығы аз болуы үшін зарядтау және разрядтау кернеуін, ток және температураны бақылаңыз.

Электролит құрамын жақсарту да жақсы. Электролитті жақсырақ ету үшін литий тұздарын, қоспаларды немесе еріткіштерді қосуға болады. Ол электролиттің ыдырауын тежеп қана қоймай, литиймен қаптау реакциясының алдын алады.

Біз сондай-ақ теріс электрод материалын өзгерте аламыз. Теріс электродқа «қорғаныс киімін» кигізу сияқты. Беттік жабын, қоспалау немесе легирлеу сияқты әдістер арқылы біз теріс электродтың тұрақтылығын және литийге қарсы жабу қабілетін жақсарта аламыз.

Әрине, батареяны басқару жүйесі де маңызды. Бұл батареяның қауіпсіз жағдайда жұмыс істеуін қамтамасыз ету, шамадан тыс зарядтау мен зарядсыздандыруды болдырмау және литиймен қаптау қаупін азайту үшін нақты уақыт режимінде зарядтау және разрядтау процесін бақылайтын және ақылды түрде басқаратын ақылды «батлер» сияқты.

IV. Литиймен қаптау батареяларға қандай әсер етеді?

Литиймен қаптау жақсы нәрсе емес! Бұл батареяның ішінде литий дендриттерінің өсуіне әкеледі. Бұл литий дендриттері кішкентай қиындық тудыратындар сияқты. Олар сепараторға еніп, ішкі қысқа тұйықталуды тудыруы мүмкін, бұл өте қауіпті. Мүмкін бұл тіпті термиялық қашу мен қауіпсіздік апаттарын тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, литиймен қаптау процесі кезінде литий иондарының саны азаяды және батареяның сыйымдылығы да азайып, батареяның қызмет ету мерзімін қысқартады.

V. Төмен температуралы орта мен литиймен қаптау арасында қандай байланыс бар?

Төмен температуралы ортада электролит жабысқақ болады. Теріс электродтағы литийдің тұнбасы күштірек болады, зарядты тасымалдау кедергісі артады және кинетикалық жағдайлар да нашарлайды. Бұл факторлар біріктірілген литиймен қаптау құбылысына жанармай қосу, литий батареяларын төмен температуралы орталарда литиймен қаптауға бейім етеді және батареяның жедел өнімділігі мен ұзақ мерзімді денсаулығына әсер етеді.

VI. Батареяны басқару жүйесі литиймен қаптауды қалай азайта алады?

Батареяны басқару жүйесі өте күшті! Ол батареяның жағдайын үнемі қадағалап отыратын екі өткір көз сияқты нақты уақытта батарея параметрлерін бақылай алады. Содан кейін литий иондарын мойынсұнғыш ету үшін зарядтау стратегиясын деректерге сәйкес реттеңіз.

Ол сондай-ақ аккумуляторды зарядтау қисығында қалыптан тыс өзгерістерді анықтай алады. Ақылды детектив сияқты ол литиймен қаптау құбылысын алдын ала болжай алады және оны болдырмайды.

Жылуды басқару да өте маңызды! Батареяны басқару жүйесі жұмыс температурасын бақылау үшін батареяны қыздырып немесе салқындатып, литиймен қаптау қаупін азайту үшін литий иондарының тиісті температурада қозғалуына мүмкіндік береді.

Теңгерімді зарядтау да маңызды. Ол әр литий ионына өзінің «шағын бөлмені» табуға мүмкіндік бергендей, батарея жинағындағы әрбір аккумулятордың біркелкі зарядталуын қамтамасыз ете алады.

Сонымен қатар, материалтану саласындағы жетістіктер арқылы біз батареяны күштірек ету үшін теріс электрод материалын және батареяның құрылымдық дизайнын оңтайлай аламыз.

Ақырында, зарядтау жылдамдығын және токты бөлуді реттеу де өте маңызды. Жергілікті токтың шамадан тыс тығыздығына жол бермеңіз және литий иондарын теріс электродқа қауіпсіз енгізуге мүмкіндік беру үшін ақылға қонымды зарядтауды өшіру кернеуін орнатыңыз.

Қорытындылай келе, литий батареяларындағы литиймен қаптау құбылысы аздап қиындық тудырса да, оның себептерін терең түсініп, тиімді профилактикалық және бақылау шараларын қабылдасақ, литий батареяларын қауіпсіз ете аламыз, өнімділігі жақсы және қызмет ету мерзімі ұзағырақ болады. Литий батареяларымызды қорғау үшін бірге жұмыс істейік!