లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ బ్యాటరీ ఎందుకు విఫలమవుతుంది?

లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ బ్యాటరీల వైఫల్యానికి కారణం లేదా యంత్రాంగాన్ని అర్థం చేసుకోవడం బ్యాటరీ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి మరియు దాని పెద్ద-స్థాయి ఉత్పత్తి మరియు ఉపయోగం కోసం చాలా ముఖ్యమైనది. ఈ కథనం బ్యాటరీ వైఫల్యంపై మలినాలు, నిర్మాణ పద్ధతులు, నిల్వ పరిస్థితులు, రీసైక్లింగ్, ఓవర్‌ఛార్జ్ మరియు అధిక-ఉత్సర్గ ప్రభావాలను చర్చిస్తుంది.

1. ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో వైఫల్యం

ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, సిబ్బంది, పరికరాలు, ముడి పదార్థాలు, పద్ధతులు మరియు పర్యావరణం ఉత్పత్తి నాణ్యతను ప్రభావితం చేసే ప్రధాన కారకాలు. LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, సిబ్బంది మరియు పరికరాలు నిర్వహణ పరిధికి చెందినవి, కాబట్టి మేము ప్రధానంగా చివరి మూడు ప్రభావాల కారకాన్ని చర్చిస్తాము.

క్రియాశీల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంలోని అశుద్ధత బ్యాటరీ యొక్క వైఫల్యానికి కారణమవుతుంది.

LiFePO4 సంశ్లేషణ సమయంలో, Fe2O3 మరియు Fe వంటి తక్కువ సంఖ్యలో మలినాలు ఉంటాయి. ఈ మలినాలు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై తగ్గుతాయి మరియు డయాఫ్రాగమ్‌ను కుట్టవచ్చు మరియు అంతర్గత షార్ట్ సర్క్యూట్‌కు కారణం కావచ్చు. LiFePO4 చాలా కాలం పాటు గాలికి గురైనప్పుడు, తేమ బ్యాటరీని క్షీణిస్తుంది. వృద్ధాప్యం ప్రారంభ దశలో, పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై నిరాకార ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ ఏర్పడుతుంది. దీని స్థానిక కూర్పు మరియు నిర్మాణం LiFePO4(OH) మాదిరిగానే ఉంటాయి; OH చొప్పించడంతో, LiFePO4 నిరంతరం వినియోగించబడుతుంది, వాల్యూమ్‌లో పెరుగుదలగా వ్యక్తీకరించబడుతుంది; తరువాత LiFePO4(OH)ని ఏర్పరచడానికి నెమ్మదిగా రీక్రిస్టలైజ్ చేయబడింది. LiFePO3లోని Li4PO4 మలినం ఎలక్ట్రోకెమికల్‌గా జడమైనది. గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క అశుద్ధ కంటెంట్ ఎక్కువ, కోలుకోలేని సామర్థ్య నష్టం ఎక్కువ.

ఏర్పడే పద్ధతి వల్ల బ్యాటరీ యొక్క వైఫల్యం

క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల యొక్క కోలుకోలేని నష్టం మొదట ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేషియల్ మెమ్బ్రేన్‌ను రూపొందించేటప్పుడు వినియోగించే లిథియం అయాన్‌లలో ప్రతిబింబిస్తుంది. నిర్మాణ ఉష్ణోగ్రతను పెంచడం వలన లిథియం అయాన్ల యొక్క కోలుకోలేని నష్టానికి కారణమవుతుందని అధ్యయనాలు కనుగొన్నాయి. నిర్మాణ ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు, SEI ఫిల్మ్‌లోని అకర్బన భాగాల నిష్పత్తి పెరుగుతుంది. సేంద్రీయ భాగం ROCO2Li నుండి అకర్బన భాగం Li2CO3కి పరివర్తన సమయంలో విడుదలయ్యే వాయువు SEI ఫిల్మ్‌లో మరిన్ని లోపాలను కలిగిస్తుంది. ఈ లోపాల ద్వారా పరిష్కరించబడిన పెద్ద సంఖ్యలో లిథియం అయాన్లు ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో పొందుపరచబడతాయి.

నిర్మాణం సమయంలో, తక్కువ-కరెంట్ ఛార్జింగ్ ద్వారా ఏర్పడిన SEI ఫిల్మ్ యొక్క కూర్పు మరియు మందం ఏకరీతిగా ఉంటుంది కానీ సమయం తీసుకుంటుంది; అధిక-కరెంట్ ఛార్జింగ్ వల్ల ఎక్కువ సైడ్ రియాక్షన్‌లు సంభవిస్తాయి, ఫలితంగా కోలుకోలేని లిథియం-అయాన్ నష్టం పెరుగుతుంది మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్‌ఫేస్ ఇంపెడెన్స్ కూడా పెరుగుతుంది, అయితే ఇది సమయాన్ని ఆదా చేస్తుంది. సమయం; ఈ రోజుల్లో, చిన్న కరెంట్ స్థిరమైన కరెంట్-పెద్ద కరెంట్ స్థిరమైన కరెంట్ మరియు స్థిరమైన వోల్టేజ్ యొక్క ఫార్మేషన్ మోడ్ తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది, తద్వారా ఇది రెండింటి ప్రయోజనాలను పరిగణనలోకి తీసుకోవచ్చు.

ఉత్పత్తి వాతావరణంలో తేమ కారణంగా బ్యాటరీ వైఫల్యం

వాస్తవ ఉత్పత్తిలో, బ్యాటరీ అనివార్యంగా గాలిని సంప్రదిస్తుంది ఎందుకంటే సానుకూల మరియు ప్రతికూల పదార్థాలు ఎక్కువగా మైక్రాన్ లేదా నానో-పరిమాణ కణాలు, మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని ద్రావణి అణువులు పెద్ద ఎలక్ట్రోనెగటివ్ కార్బొనిల్ సమూహాలు మరియు మెటాస్టేబుల్ కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్‌లను కలిగి ఉంటాయి. అన్నీ గాలిలోని తేమను సులభంగా గ్రహిస్తాయి.

నీటి అణువులు ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని లిథియం ఉప్పుతో (ముఖ్యంగా LiPF6) ప్రతిస్పందిస్తాయి, ఇది ఎలక్ట్రోలైట్‌ను విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది మరియు వినియోగిస్తుంది (PF5 ఏర్పడటానికి కుళ్ళిపోతుంది) మరియు ఆమ్ల పదార్ధం HF ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. PF5 మరియు HF రెండూ SEI ఫిల్మ్‌ను నాశనం చేస్తాయి మరియు HF LiFePO4 యాక్టివ్ మెటీరియల్ యొక్క తుప్పును కూడా ప్రోత్సహిస్తుంది. నీటి అణువులు లిథియం-ఇంటర్కలేటెడ్ గ్రాఫైట్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌ను కూడా డీలిథియేట్ చేస్తాయి, SEI ఫిల్మ్ దిగువన లిథియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అదనంగా, ఎలక్ట్రోలైట్‌లో కరిగిన O2 కూడా వృద్ధాప్యాన్ని వేగవంతం చేస్తుంది LiFePO4 బ్యాటరీలు.

ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, బ్యాటరీ పనితీరును ప్రభావితం చేసే ఉత్పత్తి ప్రక్రియతో పాటు, LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీ యొక్క వైఫల్యానికి కారణమయ్యే ప్రధాన కారకాలు ముడి పదార్థాలలో (నీటితో సహా) మరియు నిర్మాణ ప్రక్రియలో మలినాలను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి స్వచ్ఛత పదార్థం, పర్యావరణ తేమ నియంత్రణ, ఏర్పడే పద్ధతి మొదలైనవి. కారకాలు కీలకమైనవి.

2. షెల్వింగ్‌లో వైఫల్యం

పవర్ బ్యాటరీ యొక్క సేవ జీవితంలో, దాని ఎక్కువ సమయం షెల్వింగ్ స్థితిలో ఉంటుంది. సాధారణంగా, సుదీర్ఘ షెల్వింగ్ సమయం తర్వాత, బ్యాటరీ పనితీరు తగ్గుతుంది, సాధారణంగా అంతర్గత నిరోధకత పెరుగుదల, వోల్టేజ్ తగ్గుదల మరియు ఉత్సర్గ సామర్థ్యం తగ్గుతుంది. అనేక కారకాలు బ్యాటరీ పనితీరు క్షీణతకు కారణమవుతాయి, వీటిలో ఉష్ణోగ్రత, ఛార్జ్ స్థితి మరియు సమయం చాలా స్పష్టంగా ప్రభావితం చేసే కారకాలు.

కస్సేమ్ మరియు ఇతరులు. వివిధ నిల్వ పరిస్థితులలో LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల వృద్ధాప్యాన్ని విశ్లేషించింది. వృద్ధాప్య విధానం ప్రధానంగా సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ల యొక్క సైడ్ రియాక్షన్ అని వారు విశ్వసించారు. ఎలక్ట్రోలైట్ (పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సైడ్ రియాక్షన్‌తో పోలిస్తే, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సైడ్ రియాక్షన్ భారీగా ఉంటుంది, ప్రధానంగా ద్రావకం వల్ల వస్తుంది. కుళ్ళిపోవడం, SEI ఫిల్మ్ యొక్క పెరుగుదల) క్రియాశీల లిథియం అయాన్‌లను వినియోగిస్తుంది. అదే సమయంలో, బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం ఇంపెడెన్స్ పెరుగుతుంది, క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల నష్టం మిగిలిపోయినప్పుడు బ్యాటరీ యొక్క వృద్ధాప్యానికి దారితీస్తుంది. LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల సామర్థ్యం నష్టం నిల్వ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలతో పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఛార్జ్ యొక్క నిల్వ స్థితి పెరిగేకొద్దీ, సామర్థ్య నష్టం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.

Grolleau మరియు ఇతరులు. అదే నిర్ణయానికి కూడా చేరుకుంది: నిల్వ ఉష్ణోగ్రత LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల వృద్ధాప్యంపై మరింత ముఖ్యమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది, దాని తర్వాత ఛార్జ్ యొక్క నిల్వ స్థితి, మరియు ఒక సాధారణ నమూనా ప్రతిపాదించబడింది. ఇది నిల్వ సమయం (ఉష్ణోగ్రత మరియు ఛార్జ్ స్థితి)కి సంబంధించిన కారకాల ఆధారంగా LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీ యొక్క సామర్థ్య నష్టాన్ని అంచనా వేయగలదు. ఒక నిర్దిష్ట SOC స్థితిలో, షెల్ఫ్ సమయం పెరిగేకొద్దీ, గ్రాఫైట్‌లోని లిథియం అంచు వరకు వ్యాపించి, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లతో సంక్లిష్ట సమ్మేళనాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, దీని ఫలితంగా కోలుకోలేని లిథియం అయాన్ల నిష్పత్తి పెరుగుతుంది, SEI గట్టిపడుతుంది, మరియు వాహకత. తగ్గుదల వలన ఏర్పడే ఇంపెడెన్స్ పెరుగుదల (అకర్బన భాగాలు పెరుగుతాయి మరియు కొన్ని తిరిగి కరిగిపోయే అవకాశం ఉంటుంది) మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితల చర్యలో తగ్గుదల కలిసి బ్యాటరీ యొక్క వృద్ధాప్యానికి కారణమవుతుంది.

ఛార్జింగ్ స్థితి లేదా డిశ్చార్జింగ్ స్థితితో సంబంధం లేకుండా, గది ఉష్ణోగ్రత నుండి 4°C వరకు ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో LiFePO4 మరియు వివిధ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల (ఎలక్ట్రోలైట్ LiBF6, LiAsF6 లేదా LiPF85) మధ్య అవకలన స్కానింగ్ క్యాలరీమెట్రీ ఎలాంటి ప్రతిచర్యను కనుగొనలేదు. అయినప్పటికీ, LiFePO4 చాలా కాలం పాటు LiPF6 యొక్క ఎలక్ట్రోలైట్‌లో మునిగిపోయినప్పుడు, అది ఇప్పటికీ నిర్దిష్ట రియాక్టివిటీని ప్రదర్శిస్తుంది. ఇంటర్‌ఫేస్‌ను ఏర్పరచడానికి ప్రతిచర్య సుదీర్ఘంగా ఉన్నందున, ఒక నెల పాటు ముంచడం తర్వాత ఎలక్ట్రోలైట్‌తో తదుపరి ప్రతిచర్యను నిరోధించడానికి LiFePO4 ఉపరితలంపై నిష్క్రియాత్మక చిత్రం ఇప్పటికీ లేదు.

షెల్వింగ్ స్థితిలో, పేలవమైన నిల్వ పరిస్థితులు (అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక ఛార్జ్ స్థితి) LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీ యొక్క స్వీయ-ఉత్సర్గ స్థాయిని పెంచుతుంది, బ్యాటరీ వృద్ధాప్యం మరింత స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.

3. రీసైక్లింగ్‌లో వైఫల్యం

బ్యాటరీలు సాధారణంగా ఉపయోగించే సమయంలో వేడిని విడుదల చేస్తాయి, కాబట్టి ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం గణనీయంగా ఉంటుంది. అదనంగా, రహదారి పరిస్థితులు, వినియోగం మరియు పరిసర ఉష్ణోగ్రత అన్నీ విభిన్న ప్రభావాలను కలిగి ఉంటాయి.

క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల నష్టం సాధారణంగా సైక్లింగ్ సమయంలో LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల సామర్థ్యాన్ని కోల్పోతుంది. దుబారీ మరియు ఇతరులు. సైక్లింగ్ సమయంలో LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల వృద్ధాప్యం ప్రధానంగా ఫంక్షనల్ లిథియం-అయాన్ SEI ఫిల్మ్‌ను వినియోగించే సంక్లిష్ట వృద్ధి ప్రక్రియ కారణంగా ఉందని చూపించింది. ఈ ప్రక్రియలో, క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల నష్టం నేరుగా బ్యాటరీ సామర్థ్యం యొక్క నిలుపుదల రేటును తగ్గిస్తుంది; SEI ఫిల్మ్ యొక్క నిరంతర పెరుగుదల, ఒక వైపు, బ్యాటరీ యొక్క ధ్రువణ నిరోధకత పెరుగుదలకు కారణమవుతుంది. అదే సమయంలో, SEI ఫిల్మ్ యొక్క మందం చాలా మందంగా ఉంటుంది మరియు గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు. ఇది కార్యాచరణను పాక్షికంగా నిష్క్రియం చేస్తుంది.

అధిక-ఉష్ణోగ్రత సైక్లింగ్ సమయంలో, LiFePO2లోని Fe4+ కొంత మేరకు కరిగిపోతుంది. Fe2+ ​​కరిగిన మొత్తం సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ సామర్థ్యంపై గణనీయమైన ప్రభావం చూపనప్పటికీ, Fe2+ కరిగిపోవడం మరియు ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌పై Fe యొక్క అవపాతం SEI ఫిల్మ్ పెరుగుదలలో ఉత్ప్రేరక పాత్ర పోషిస్తాయి. . యాక్టివ్ లిథియం అయాన్లు ఎక్కడ మరియు ఎక్కడ పోగొట్టుకున్నారో టాన్ పరిమాణాత్మకంగా విశ్లేషించారు మరియు ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై, ముఖ్యంగా అధిక-ఉష్ణోగ్రత చక్రాల సమయంలో, అంటే, అధిక-ఉష్ణోగ్రత చక్ర సామర్థ్య నష్టం ఎక్కువగా సంభవించిందని కనుగొన్నారు. వేగవంతమైనది, మరియు SEI ఫిల్మ్ సారాంశం నష్టం మరియు మరమ్మత్తు యొక్క మూడు విభిన్న విధానాలు ఉన్నాయి:

1. లిథియం అయాన్లను తగ్గించడానికి గ్రాఫైట్ యానోడ్‌లోని ఎలక్ట్రాన్లు SEI ఫిల్మ్ గుండా వెళతాయి.
2. SEI ఫిల్మ్‌లోని కొన్ని భాగాల రద్దు మరియు పునరుత్పత్తి.
3. గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క వాల్యూమ్ మార్పు కారణంగా, SEI మెమ్బ్రేన్ చీలిక కారణంగా ఏర్పడింది.

క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల నష్టంతో పాటు, రీసైక్లింగ్ సమయంలో సానుకూల మరియు ప్రతికూల పదార్థాలు క్షీణిస్తాయి. రీసైక్లింగ్ సమయంలో LiFePO4 ఎలక్ట్రోడ్‌లో పగుళ్లు ఏర్పడటం వలన ఎలక్ట్రోడ్ పోలరైజేషన్ పెరుగుతుంది మరియు క్రియాశీల పదార్థం మరియు వాహక ఏజెంట్ లేదా కరెంట్ కలెక్టర్ మధ్య వాహకత తగ్గుతుంది. నాగ్‌పూర్ వృద్ధాప్యం తర్వాత LiFePO4 యొక్క మార్పులను సెమీ-క్వాంటిటేటివ్‌గా అధ్యయనం చేయడానికి స్కానింగ్ ఎక్స్‌టెండెడ్ రెసిస్టెన్స్ మైక్రోస్కోపీ (SSRM)ని ఉపయోగించింది మరియు నిర్దిష్ట రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన LiFePO4 నానోపార్టికల్స్ మరియు ఉపరితల నిక్షేపాలు కలిసి LiFePO4 కాథోడ్‌ల నిరోధం పెరుగుదలకు దారితీసిందని కనుగొన్నారు. అదనంగా, క్రియాశీల ఉపరితలాన్ని తగ్గించడం మరియు క్రియాశీల గ్రాఫైట్ పదార్థాన్ని కోల్పోవడం వల్ల కలిగే గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌ల ఎక్స్‌ఫోలియేషన్ కూడా బ్యాటరీ వృద్ధాప్యానికి కారణమని పరిగణిస్తారు. గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క అస్థిరత SEI ఫిల్మ్ యొక్క అస్థిరతకు కారణమవుతుంది మరియు క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల వినియోగాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది.

బ్యాటరీ యొక్క అధిక-రేటు ఉత్సర్గ ఎలక్ట్రిక్ వాహనానికి గణనీయమైన శక్తిని అందిస్తుంది; అంటే, పవర్ బ్యాటరీ యొక్క మెరుగైన రేటు పనితీరు, ఎలక్ట్రిక్ కారు యొక్క యాక్సిలరేషన్ పనితీరు అంత మెరుగ్గా ఉంటుంది. కిమ్ మరియు ఇతరుల పరిశోధన ఫలితాలు. LiFePO4 పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ మరియు గ్రాఫైట్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వృద్ధాప్య విధానం భిన్నంగా ఉందని చూపించింది: ఉత్సర్గ రేటు పెరుగుదలతో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సామర్థ్య నష్టం ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ కంటే ఎక్కువగా పెరుగుతుంది. తక్కువ-రేటు సైక్లింగ్ సమయంలో బ్యాటరీ సామర్థ్యం కోల్పోవడం ప్రధానంగా ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల వినియోగం కారణంగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, అధిక-రేటు సైక్లింగ్ సమయంలో బ్యాటరీ యొక్క శక్తి నష్టం సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ పెరుగుదల కారణంగా ఉంటుంది.

ఉపయోగంలో ఉన్న పవర్ బ్యాటరీ యొక్క డిచ్ఛార్జ్ యొక్క లోతు సామర్థ్య నష్టాన్ని ప్రభావితం చేయనప్పటికీ, అది దాని శక్తి నష్టాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది: ఉత్సర్గ లోతు పెరుగుదలతో శక్తి నష్టం వేగం పెరుగుతుంది. SEI ఫిల్మ్ ఇంపెడెన్స్ పెరగడం మరియు మొత్తం బ్యాటరీ ఇంపెడెన్స్ పెరగడం దీనికి కారణం. ఇది నేరుగా సంబంధించినది. క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల నష్టానికి సంబంధించి, ఛార్జింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క ఎగువ పరిమితి బ్యాటరీ వైఫల్యంపై స్పష్టమైన ప్రభావాన్ని చూపదు, ఛార్జింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క చాలా తక్కువ లేదా అధిక ఎగువ పరిమితి LiFePO4 ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఇంటర్‌ఫేస్ ఇంపెడెన్స్‌ను పెంచుతుంది: తక్కువ ఎగువ పరిమితి వోల్టేజ్ బాగా పని చేయదు. పాసివేషన్ ఫిల్మ్ నేలపై ఏర్పడుతుంది, మరియు చాలా ఎక్కువ ఎగువ వోల్టేజ్ పరిమితి ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఆక్సీకరణ కుళ్ళిపోవడానికి కారణమవుతుంది. ఇది LiFePO4 ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై తక్కువ వాహకతతో ఉత్పత్తిని సృష్టిస్తుంది.

ప్రధానంగా అయాన్ వాహకత తగ్గడం మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ ఇంపెడెన్స్ పెరుగుదల కారణంగా ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీ యొక్క ఉత్సర్గ సామర్థ్యం వేగంగా పడిపోతుంది. Li LiFePO4 కాథోడ్ మరియు గ్రాఫైట్ యానోడ్‌లను విడిగా అధ్యయనం చేసింది మరియు యానోడ్ మరియు యానోడ్ యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనితీరును పరిమితం చేసే ప్రధాన నియంత్రణ కారకాలు భిన్నంగా ఉన్నాయని కనుగొన్నారు. LiFePO4 కాథోడ్ యొక్క అయానిక్ వాహకతలో తగ్గుదల ప్రధానమైనది మరియు గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క ఇంటర్‌ఫేస్ ఇంపెడెన్స్‌లో పెరుగుదల ప్రధాన కారణం.

ఉపయోగం సమయంలో, LiFePO4 ఎలక్ట్రోడ్ మరియు గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క క్షీణత మరియు SEI ఫిల్మ్ యొక్క నిరంతర పెరుగుదల బ్యాటరీ వైఫల్యానికి వివిధ స్థాయిలకు కారణమవుతుంది. అదనంగా, రహదారి పరిస్థితులు మరియు పరిసర ఉష్ణోగ్రత వంటి అనియంత్రిత కారకాలతో పాటు, సరైన ఛార్జింగ్ వోల్టేజ్, డిచ్ఛార్జ్ యొక్క తగిన లోతు మొదలైన వాటితో సహా బ్యాటరీని క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగించడం కూడా అవసరం.

4. ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో వైఫల్యం

ఉపయోగించేటప్పుడు బ్యాటరీ తరచుగా అనివార్యంగా అధికంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది. తక్కువ ఓవర్ డిశ్చార్జ్ ఉంది. ఓవర్‌ఛార్జ్ లేదా ఓవర్-డిశ్చార్జ్ సమయంలో విడుదలయ్యే వేడి బ్యాటరీ లోపల పేరుకుపోయే అవకాశం ఉంది, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత మరింత పెరుగుతుంది. ఇది బ్యాటరీ యొక్క సేవా జీవితాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు తుఫాను యొక్క అగ్ని లేదా పేలుడు సంభావ్యతను పెంచుతుంది. సాధారణ ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ పరిస్థితులలో కూడా, చక్రాల సంఖ్య పెరిగేకొద్దీ, బ్యాటరీ సిస్టమ్‌లోని సింగిల్ సెల్‌ల సామర్థ్యం అస్థిరత పెరుగుతుంది. అత్యల్ప కెపాసిటీ ఉన్న బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ మరియు ఓవర్ డిశ్చార్జింగ్ ప్రక్రియకు లోనవుతుంది.

వివిధ ఛార్జింగ్ పరిస్థితులలో ఇతర సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలతో పోలిస్తే LiFePO4 అత్యుత్తమ ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ, అధిక ఛార్జింగ్ LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీలను ఉపయోగించడంలో అసురక్షిత ప్రమాదాలను కూడా కలిగిస్తుంది. అధిక ఛార్జ్ చేయబడిన స్థితిలో, సేంద్రీయ ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని ద్రావకం ఆక్సీకరణ కుళ్ళిపోయే అవకాశం ఉంది. సాధారణంగా ఉపయోగించే సేంద్రీయ ద్రావకాలలో, ఇథిలీన్ కార్బోనేట్ (EC) సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై ప్రాధాన్యతగా ఆక్సీకరణ కుళ్ళిపోతుంది. ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క లిథియం చొప్పించే సంభావ్యత (వర్సెస్ లిథియం పొటెన్షియల్) నిస్సారంగా ఉన్నందున, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో లిథియం అవపాతం ఎక్కువగా ఉంటుంది.

అధిక ఛార్జ్ చేయబడిన పరిస్థితులలో బ్యాటరీ వైఫల్యానికి ప్రధాన కారణాలలో ఒకటి డయాఫ్రాగమ్‌ను కుట్టిన లిథియం క్రిస్టల్ శాఖల వల్ల కలిగే అంతర్గత షార్ట్ సర్క్యూట్. లు మరియు ఇతరులు. ఓవర్‌ఛార్జ్ వల్ల కలిగే గ్రాఫైట్ వ్యతిరేక ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై లిథియం లేపనం యొక్క వైఫల్య యంత్రాంగాన్ని విశ్లేషించింది. ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క మొత్తం నిర్మాణం మారలేదని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి, అయితే లిథియం క్రిస్టల్ శాఖలు మరియు ఉపరితల చిత్రం ఉన్నాయి. లిథియం మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ప్రతిచర్య ఉపరితల చలనచిత్రం నిరంతరం పెరుగుతుంది, ఇది మరింత క్రియాశీల లిథియంను వినియోగిస్తుంది మరియు లిథియం గ్రాఫైట్‌గా వ్యాపించేలా చేస్తుంది. ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ మరింత సంక్లిష్టంగా మారుతుంది, ఇది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై లిథియం నిక్షేపణను మరింత ప్రోత్సహిస్తుంది, దీని ఫలితంగా సామర్థ్యం మరియు కూలంబిక్ సామర్థ్యం మరింత తగ్గుతుంది.

అదనంగా, లోహ మలినాలను (ముఖ్యంగా Fe) సాధారణంగా బ్యాటరీ ఓవర్‌ఛార్జ్ వైఫల్యానికి ప్రధాన కారణాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. జు మరియు ఇతరులు. ఓవర్‌ఛార్జ్ పరిస్థితులలో LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల వైఫల్య యంత్రాంగాన్ని క్రమపద్ధతిలో అధ్యయనం చేసింది. ఫలితాలు ఓవర్‌ఛార్జ్/డిచ్ఛార్జ్ సైకిల్ సమయంలో Fe యొక్క రెడాక్స్ సిద్ధాంతపరంగా సాధ్యమవుతుందని మరియు ప్రతిచర్య విధానం ఇవ్వబడిందని చూపిస్తుంది. అధిక ఛార్జ్ సంభవించినప్పుడు, Fe మొదట Fe2+కి ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, Fe2+ మరింత Fe3+కి క్షీణిస్తుంది, ఆపై Fe2+ మరియు Fe3+ సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి తీసివేయబడతాయి. ఒక వైపు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ వైపుకు వ్యాపిస్తుంది, Fe3+ చివరకు Fe2+కి తగ్గించబడుతుంది మరియు Fe2+ మరింతగా Fe రూపంలోకి తగ్గించబడుతుంది; ఓవర్‌ఛార్జ్/డిశ్చార్జ్ సైకిల్‌లు ఉన్నప్పుడు, Fe క్రిస్టల్ బ్రాంచ్‌లు పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌ల వద్ద ఒకే సమయంలో ప్రారంభమవుతాయి, Fe బ్రిడ్జ్‌లను రూపొందించడానికి సెపరేటర్‌ను కుట్టడం ద్వారా మైక్రో బ్యాటరీ షార్ట్ సర్క్యూట్ ఏర్పడుతుంది, బ్యాటరీ యొక్క మైక్రో షార్ట్ సర్క్యూట్‌తో పాటు కనిపించే స్పష్టమైన దృగ్విషయం నిరంతరాయంగా ఉంటుంది. అధిక ఛార్జింగ్ తర్వాత ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల.

ఓవర్‌ఛార్జ్ సమయంలో, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సంభావ్యత వేగంగా పెరుగుతుంది. సంభావ్య పెరుగుదల ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై SEI ఫిల్మ్‌ను నాశనం చేస్తుంది (SEI ఫిల్మ్‌లోని అకర్బన సమ్మేళనాలు అధికంగా ఉండే భాగం ఆక్సీకరణం చెందే అవకాశం ఉంది), ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అదనపు కుళ్ళిపోవడానికి కారణమవుతుంది, ఫలితంగా సామర్థ్యం కోల్పోతుంది. మరీ ముఖ్యంగా, ప్రతికూల కరెంట్ కలెక్టర్ Cu రేకు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది. ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క SEI చిత్రంలో, యాంగ్ మరియు ఇతరులు. Cu రేకు యొక్క ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తి అయిన Cu2O కనుగొనబడింది, ఇది బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత ప్రతిఘటనను పెంచుతుంది మరియు తుఫాను సామర్థ్యాన్ని కోల్పోయేలా చేస్తుంది.

అతను మరియు ఇతరులు. LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీల ఓవర్-డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియను వివరంగా అధ్యయనం చేసింది. అధిక-ఉత్సర్గ సమయంలో ప్రతికూల కరెంట్ కలెక్టర్ Cu రేకు Cu+కి ఆక్సీకరణం చెందుతుందని ఫలితాలు చూపించాయి మరియు Cu+ Cu2+కి మరింత ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, ఆ తర్వాత అవి సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌కి వ్యాపిస్తాయి. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద తగ్గింపు ప్రతిచర్య సంభవించవచ్చు. ఈ విధంగా, ఇది పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ వైపు క్రిస్టల్ బ్రాంచ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది, సెపరేటర్‌ను గుచ్చుతుంది మరియు బ్యాటరీ లోపల మైక్రో షార్ట్ సర్క్యూట్‌కు కారణమవుతుంది. అలాగే, ఓవర్-డిశ్చార్జ్ కారణంగా, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతూనే ఉంటుంది.

LiFePO4 పవర్ బ్యాటరీ యొక్క ఓవర్‌ఛార్జ్ ఆక్సీకరణ ఎలక్ట్రోలైట్ కుళ్ళిపోవడానికి, లిథియం పరిణామానికి మరియు Fe క్రిస్టల్ శాఖల ఏర్పాటుకు కారణం కావచ్చు; అధిక-ఉత్సర్గ SEI నష్టాన్ని కలిగించవచ్చు, దీని ఫలితంగా సామర్థ్యం క్షీణత, Cu రేకు ఆక్సీకరణం మరియు Cu క్రిస్టల్ శాఖలు కూడా కనిపిస్తాయి.

5. ఇతర వైఫల్యాలు

LiFePO4 యొక్క స్వాభావిక తక్కువ వాహకత కారణంగా, పదార్థం యొక్క పదనిర్మాణం మరియు పరిమాణం మరియు వాహక ఏజెంట్లు మరియు బైండర్ల ప్రభావాలు సులభంగా వ్యక్తమవుతాయి. గాబెర్సెక్ మరియు ఇతరులు. పరిమాణం మరియు కార్బన్ పూత యొక్క రెండు వైరుధ్య కారకాల గురించి చర్చించారు మరియు LiFePO4 యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ ఇంపెడెన్స్ సగటు కణ పరిమాణానికి మాత్రమే సంబంధించినదని కనుగొన్నారు. LiFePO4 (Fe Li సైట్‌లను ఆక్రమిస్తుంది)లోని యాంటీ-సైట్ లోపాలు బ్యాటరీ పనితీరుపై ప్రత్యేక ప్రభావాన్ని చూపుతాయి: LiFePO4 లోపల లిథియం అయాన్ల ప్రసారం ఒక డైమెన్షనల్ అయినందున, ఈ లోపం లిథియం అయాన్‌ల కమ్యూనికేషన్‌కు ఆటంకం కలిగిస్తుంది; అధిక వాలెన్స్ స్థితుల పరిచయం కారణంగా అదనపు ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ వికర్షణ కారణంగా, ఈ లోపం LiFePO4 నిర్మాణం యొక్క అస్థిరతకు కూడా కారణం కావచ్చు.

LiFePO4 యొక్క పెద్ద కణాలు ఛార్జింగ్ ముగింపులో పూర్తిగా ఆనందించబడవు; నానో-స్ట్రక్చర్డ్ LiFePO4 విలోమ లోపాలను తగ్గిస్తుంది, అయితే దాని అధిక ఉపరితల శక్తి స్వీయ-ఉత్సర్గకు కారణమవుతుంది. PVDF అనేది ప్రస్తుతం అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే బైండర్, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రతిచర్య, నాన్-సజల ఎలక్ట్రోలైట్‌లో కరిగిపోవడం మరియు తగినంత వశ్యత వంటి ప్రతికూలతలను కలిగి ఉంది. ఇది LiFePO4 యొక్క సామర్థ్య నష్టం మరియు సైకిల్ జీవితంపై ప్రత్యేక ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. అదనంగా, ప్రస్తుత కలెక్టర్, డయాఫ్రాగమ్, ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు, ఉత్పత్తి ప్రక్రియ, మానవ కారకాలు, బాహ్య వైబ్రేషన్, షాక్ మొదలైనవి బ్యాటరీ పనితీరును వివిధ స్థాయిలలో ప్రభావితం చేస్తాయి.

సూచన: Miao Meng et al. "లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్ పవర్ బ్యాటరీల వైఫల్యంపై పరిశోధన పురోగతి."