శీతాకాలం వస్తోంది, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత విశ్లేషణ దృగ్విషయాన్ని చూడండి

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పనితీరు వాటి గతి లక్షణాల ద్వారా బాగా ప్రభావితమవుతుంది. Li+ గ్రాఫైట్ మెటీరియల్‌లో పొందుపరచబడినప్పుడు ముందుగా డీసోల్వేట్ చేయబడాలి కాబట్టి, అది కొంత శక్తిని వినియోగించుకోవాలి మరియు గ్రాఫైట్‌లోకి Li+ వ్యాప్తికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, Li+ గ్రాఫైట్ పదార్థం నుండి ద్రావణంలోకి విడుదల చేయబడినప్పుడు, సాల్వేషన్ ప్రక్రియ మొదట జరుగుతుంది మరియు సాల్వేషన్ ప్రక్రియకు శక్తి వినియోగం అవసరం లేదు. Li+ గ్రాఫైట్‌ను త్వరగా తొలగించగలదు, ఇది గ్రాఫైట్ మెటీరియల్‌ని గణనీయంగా పేలవమైన ఛార్జ్ అంగీకారానికి దారి తీస్తుంది. ఉత్సర్గ ఆమోదయోగ్యతలో.

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క గతి లక్షణాలు మెరుగుపడ్డాయి మరియు అధ్వాన్నంగా మారాయి. అందువల్ల, ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ధ్రువణత గణనీయంగా తీవ్రమవుతుంది, ఇది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై మెటాలిక్ లిథియం యొక్క అవక్షేపణకు సులభంగా దారితీస్తుంది. జర్మనీలోని మ్యూనిచ్‌లోని టెక్నికల్ యూనివర్శిటీకి చెందిన క్రిస్టియన్ వాన్ లూడర్స్ చేసిన పరిశోధనలో -2 ° C వద్ద, చార్జ్ రేటు C/2 కంటే ఎక్కువగా ఉందని మరియు మెటల్ లిథియం అవపాతం గణనీయంగా పెరిగిందని తేలింది. ఉదాహరణకు, C/2 రేటు వద్ద, వ్యతిరేక ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై లిథియం పూత మొత్తం మొత్తం ఛార్జ్. సామర్థ్యంలో 5.5% కానీ 9C మాగ్నిఫికేషన్ కింద 1%కి చేరుకుంటుంది. అవక్షేపిత మెటాలిక్ లిథియం మరింత అభివృద్ధి చెందుతుంది మరియు చివరికి లిథియం డెండ్రైట్‌లుగా మారుతుంది, డయాఫ్రాగమ్ ద్వారా కుట్టడం మరియు సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల షార్ట్-సర్క్యూటింగ్‌కు కారణమవుతుంది. అందువల్ల, వీలైనంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయకుండా ఉండటం అవసరం. ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయవలసి వచ్చినప్పుడు, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని వీలైనంత వరకు ఛార్జ్ చేయడానికి ఒక చిన్న కరెంట్‌ని ఎంచుకోవడం చాలా అవసరం మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి మెటాలిక్ లిథియం అవక్షేపించబడిందని నిర్ధారించడానికి ఛార్జ్ చేసిన తర్వాత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని పూర్తిగా నిల్వ చేస్తుంది. గ్రాఫైట్‌తో ప్రతిస్పందిస్తుంది మరియు ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో తిరిగి పొందుపరచబడుతుంది.

మ్యూనిచ్‌లోని టెక్నికల్ యూనివర్శిటీకి చెందిన వెరోనికా జింత్ మరియు ఇతరులు న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ మరియు ఇతర పద్ధతులను ఉపయోగించి -20°C తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల లిథియం పరిణామ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేశారు. న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ ఇటీవలి సంవత్సరాలలో కొత్త గుర్తింపు పద్ధతి. XRDతో పోలిస్తే, న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ కాంతి మూలకాలకు (Li, O, N, మొదలైనవి) మరింత సున్నితంగా ఉంటుంది, కాబట్టి ఇది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల నాన్-డిస్ట్రక్టివ్ టెస్టింగ్‌కు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.

ప్రయోగంలో, వెరోనికాజింత్ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల లిథియం పరిణామ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడానికి NMC111/గ్రాఫైట్ 18650 బ్యాటరీని ఉపయోగించింది. దిగువ చిత్రంలో చూపిన ప్రక్రియ ప్రకారం పరీక్ష సమయంలో బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు విడుదల చేయబడుతుంది.

C/30 రేటు ఛార్జింగ్‌లో రెండవ ఛార్జింగ్ సైకిల్‌లో వివిధ SoCల క్రింద ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశ మార్పును క్రింది బొమ్మ చూపుతుంది. 30.9% SoC వద్ద, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశలు ప్రధానంగా LiC12, Li1-XC18 మరియు కొద్ది మొత్తంలో LiC6 కంపోజిషన్ అని అనిపించవచ్చు; SoC 46% దాటిన తర్వాత, LiC12 యొక్క డిఫ్రాక్షన్ తీవ్రత తగ్గుతూనే ఉంటుంది, అయితే LiC6 యొక్క శక్తి పెరుగుతూనే ఉంది. అయినప్పటికీ, తుది ఛార్జ్ పూర్తయిన తర్వాత కూడా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద 1503mAh మాత్రమే ఛార్జ్ చేయబడుతుంది (గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సామర్థ్యం 1950mAh), ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో LiC12 ఉంది. ఛార్జింగ్ కరెంట్ C/100కి తగ్గిందని అనుకుందాం. ఆ సందర్భంలో, బ్యాటరీ ఇప్పటికీ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 1950mAh సామర్థ్యాన్ని పొందగలదు, ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల శక్తిలో తగ్గుదల ప్రధానంగా గతి పరిస్థితుల క్షీణత కారణంగా ఉందని సూచిస్తుంది.

దిగువన ఉన్న బొమ్మ -5 ° C తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద C/20 రేటు ప్రకారం ఛార్జింగ్ సమయంలో ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో గ్రాఫైట్ యొక్క దశ మార్పును చూపుతుంది. C/30 రేటు ఛార్జింగ్‌తో పోలిస్తే గ్రాఫైట్ యొక్క దశ మార్పు గణనీయంగా భిన్నంగా ఉందని ఇది చూడగలదు. SoC>40% ఉన్నప్పుడు, C/12 ఛార్జ్ రేటు కింద బ్యాటరీ LiC5 యొక్క దశ బలం గణనీయంగా నెమ్మదిగా తగ్గుతుందని మరియు LiC6 దశ బలం పెరుగుదల కూడా C/30 కంటే చాలా బలహీనంగా ఉందని ఫిగర్ నుండి చూడవచ్చు. ఛార్జ్ రేటు. ఇది C/5 యొక్క సాపేక్షంగా అధిక రేటుతో, తక్కువ LiC12 లిథియం ఇంటర్‌కలేట్‌గా కొనసాగుతుంది మరియు LiC6గా మార్చబడుతుంది.

క్రింద ఉన్న బొమ్మ వరుసగా C/30 మరియు C/5 రేట్ల వద్ద ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశ మార్పులను పోల్చింది. రెండు వేర్వేరు ఛార్జింగ్ రేట్ల కోసం, లిథియం-పేలవమైన దశ Li1-XC18 చాలా సారూప్యంగా ఉందని ఫిగర్ చూపిస్తుంది. వ్యత్యాసం ప్రధానంగా LiC12 మరియు LiC6 యొక్క రెండు దశలలో ప్రతిబింబిస్తుంది. రెండు ఛార్జ్ రేట్ల కింద ఛార్జింగ్ ప్రారంభ దశలో ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో దశ మార్పు ధోరణి సాపేక్షంగా దగ్గరగా ఉందని ఫిగర్ నుండి చూడవచ్చు. LiC12 దశలో, ఛార్జింగ్ సామర్థ్యం 950mAh (49% SoC)కి చేరుకున్నప్పుడు, మారుతున్న ట్రెండ్ భిన్నంగా కనిపించడం ప్రారంభమవుతుంది. 1100mAh (56.4% SoC) వచ్చినప్పుడు, రెండు మాగ్నిఫికేషన్‌ల క్రింద ఉన్న LiC12 దశ గణనీయమైన అంతరాన్ని చూపడం ప్రారంభమవుతుంది. C/30 తక్కువ రేటుతో ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు, LiC12 దశ క్షీణత చాలా వేగంగా ఉంటుంది, అయితే C/12 రేటు వద్ద LiC5 దశ తగ్గడం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది; అంటే, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో లిథియం చొప్పించడం యొక్క గతి పరిస్థితులు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్షీణిస్తాయి. , LiC12 LiC6 దశ వేగం తగ్గింది ఉత్పత్తి చేయడానికి లిథియంను మరింతగా ఇంటర్‌కలేట్ చేస్తుంది. తదనుగుణంగా, LiC6 దశ C/30 తక్కువ రేటుతో చాలా త్వరగా పెరుగుతుంది కానీ C/5 రేటుతో చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఇది C/5 రేటు వద్ద, గ్రాఫైట్ యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణంలో మరింత పెటైట్ Li పొందుపరచబడిందని చూపిస్తుంది, అయితే ఆసక్తికరమైన విషయం ఏమిటంటే C/1520.5 ఛార్జ్ రేటు వద్ద బ్యాటరీ యొక్క ఛార్జ్ సామర్థ్యం (5mAh) C కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. /30 ఛార్జ్ రేటు. పవర్ (1503.5mAh) ఎక్కువ. ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో పొందుపరచబడని అదనపు Li గ్రాఫైట్ ఉపరితలంపై మెటాలిక్ లిథియం రూపంలో అవక్షేపించబడుతుంది. ఛార్జింగ్ ముగిసిన తర్వాత నిలబడే ప్రక్రియ కూడా దీనిని ప్రక్క నుండి రుజువు చేస్తుంది-కొంచెం.

ఛార్జింగ్ తర్వాత మరియు 20 గంటల పాటు ఉంచిన తర్వాత ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశ నిర్మాణాన్ని క్రింది బొమ్మ చూపుతుంది. ఛార్జింగ్ ముగింపులో, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశ రెండు ఛార్జింగ్ రేట్ల క్రింద చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. C/5 వద్ద, గ్రాఫైట్ యానోడ్‌లో LiC12 నిష్పత్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు LiC6 శాతం తక్కువగా ఉంటుంది, కానీ 20 గంటల పాటు నిలబడిన తర్వాత, రెండింటి మధ్య వ్యత్యాసం తక్కువగా మారింది.

దిగువ బొమ్మ 20h నిల్వ ప్రక్రియలో ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క దశ మార్పును చూపుతుంది. రెండు ప్రత్యర్థి ఎలక్ట్రోడ్‌ల దశలు ప్రారంభంలో చాలా భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, నిల్వ సమయం పెరిగేకొద్దీ, రెండు రకాల ఛార్జింగ్ మాగ్నిఫికేషన్ కింద గ్రాఫైట్ యానోడ్ యొక్క దశ చాలా దగ్గరగా మారిందని ఇది బొమ్మ నుండి చూడవచ్చు. LiC12ని షెల్వింగ్ ప్రక్రియలో LiC6గా మార్చడం కొనసాగించవచ్చు, ఇది LiCని షెల్వింగ్ ప్రక్రియలో గ్రాఫైట్‌లో పొందుపరచడం కొనసాగుతుందని సూచిస్తుంది. Li యొక్క ఈ భాగం లోహ లిథియం తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలంపై అవక్షేపించబడుతుంది. మరింత విశ్లేషణ C/30 రేటు వద్ద ఛార్జింగ్ ముగింపులో, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క లిథియం ఇంటర్కలేషన్ డిగ్రీ 68% అని చూపించింది. ఇప్పటికీ, షెల్వింగ్ తర్వాత లిథియం ఇంటర్‌కలేషన్ డిగ్రీ 71%కి పెరిగింది, ఇది 3% పెరిగింది. C/5 రేటుతో ఛార్జింగ్ ముగింపులో, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క లిథియం చొప్పించే డిగ్రీ 58%, కానీ 20 గంటల పాటు ఉంచిన తర్వాత, అది 70%కి పెరిగింది, మొత్తం 12% పెరిగింది.

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు, గతి పరిస్థితుల క్షీణత కారణంగా బ్యాటరీ సామర్థ్యం తగ్గుతుందని పై పరిశోధన చూపిస్తుంది. గ్రాఫైట్ లిథియం చొప్పించే రేటు తగ్గడం వల్ల ఇది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై లిథియం లోహాన్ని కూడా అవక్షేపిస్తుంది. అయితే, కొంత కాలం నిల్వ చేసిన తర్వాత, ఈ మెటాలిక్ లిథియం భాగాన్ని మళ్లీ గ్రాఫైట్‌లో పొందుపరచవచ్చు; వాస్తవ ఉపయోగంలో, షెల్ఫ్ సమయం తరచుగా తక్కువగా ఉంటుంది మరియు అన్ని మెటాలిక్ లిథియం మళ్లీ గ్రాఫైట్‌లో పొందుపరచబడుతుందని ఎటువంటి హామీ లేదు, కాబట్టి ఇది ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో కొంత మెటాలిక్ లిథియం ఉనికిని కొనసాగించడానికి కారణం కావచ్చు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క ఉపరితలం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ భద్రతకు ప్రమాదం కలిగించే లిథియం డెండ్రైట్‌లను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. అందువల్ల, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయకుండా ఉండటానికి ప్రయత్నించండి. తక్కువ కరెంట్, మరియు సెట్ చేసిన తర్వాత, ప్రతికూల గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో మెటల్ లిథియంను తొలగించడానికి తగినంత షెల్ఫ్ సమయాన్ని నిర్ధారించండి.

ఈ వ్యాసం ప్రధానంగా క్రింది పత్రాలను సూచిస్తుంది. నివేదిక సంబంధిత శాస్త్రీయ రచనలు, తరగతి గది బోధన మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధనలను పరిచయం చేయడానికి మరియు సమీక్షించడానికి మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది. వాణిజ్య ఉపయోగం కోసం కాదు. మీకు ఏవైనా కాపీరైట్ సమస్యలు ఉంటే, దయచేసి మమ్మల్ని సంప్రదించడానికి సంకోచించకండి.

1.లిథియం-అయాన్ కెపాసిటర్లలో ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లుగా గ్రాఫైట్ పదార్థాల రేట్ సామర్ధ్యం, ఎలెక్ట్రోచిమికా ఆక్టా 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY నెర్కర్, AG పండోల్ఫో

2. వోల్టేజ్ సడలింపు మరియు సిటు న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ ద్వారా పరిశోధించబడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో లిథియం ప్లేటింగ్, జర్నల్ ఆఫ్ పవర్ సోర్సెస్ 342(2017)17-23, క్రిస్టియన్ వాన్ లూడర్స్, వెరోనికా జింత్, సైమన్ వి.ఎర్హార్డ్, పాట్రిక్ జె.ఓస్వాల్డ్, మైఖేల్ హాఫ్‌వాల్డ్ , రాల్ఫ్ గిల్లెస్, ఆండ్రియాస్ జోస్సెన్

3.సిటు న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ ద్వారా పరిశోధించబడిన ఉప-పరిసర ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో లిథియం ప్లేటింగ్, పవర్ సోర్సెస్ జర్నల్ 271 (2014) 152-159, వెరోనికా జింత్, క్రిస్టియన్ వాన్ లూడర్స్, మైఖేల్ హాఫ్‌మాన్, జోహన్నెస్ ఇర్మ్‌గార్‌డాన్‌డోర్ఫ్, ఎర్హార్డ్, జోనా రెబెలో-కోర్న్‌మీర్, ఆండ్రియాస్ జోస్సెన్, రాల్ఫ్ గిల్లెస్