Кратко опишите роль связующих в разложении литий-ионных аккумуляторов.

Большинство исследований механизма разрушения литий-ионных аккумуляторов сосредоточено на положительных и отрицательных материалах. Например, многие исследования показали, что потеря активного материала, повышенное внутреннее сопротивление и другие факторы являются основными факторами, вызывающими снижение количества литий-ионных батарей, в то время как связующее находится в литии. Роль ионного распада ионной батареи еще мало исследована. Фактически, хотя связующее мало в литий-ионных батареях (обычно менее 5% активного), связующее играет решающую роль. В литий-ионном аккумуляторе роль связующего заключается в связывании частиц активного материала и частиц проводящего агента вместе с образованием стабильной системы. Однако в процессе заряда и разряда в положительном и отрицательном электродах происходят определенные изменения объема, которые разрушают эту стабильную структуру. Например, наиболее распространенным случаем является случай, показанный на следующем рисунке, связующий / проводящий агент и частицы активного материала. Между ними происходит расслоение, что приводит к потере активного материала, вызывая уменьшение обратимой емкости литий-ионной батареи.

Чтобы проанализировать роль клея в упадке литий-ионных аккумуляторов, Университет Портсмута (приходите, все читали со мной: «Портсмут», нет ощущения B-box), JMFoster прошел модельный метод. изучить влияние формы частиц и скорости цикла активного материала на характеристики сцепления клея. Исследования показали, что овальные частицы могут значительно увеличить нагрузку на верхнюю и нижнюю части частиц после того, как клей поглотит расширение электролита. Большая скорость заряда-разряда (более 1С) также значительно увеличивает деформацию связующего на левой и правой сторонах частиц активного материала, влияя на циклические характеристики батареи.

Модель Дж. М. Фостера в основном состоит из трех гипотез: 1) электрод состоит из сферических частиц активного материала и эластичного пористого клея, микропоры клея заполнены электролитом; 2) частицы активного материала будут появляться в процессе внедрения и делитирования лития. Увеличение объема; 3) Расширение клея происходит после контакта клея с электролитом.

Согласно вышеприведенным предположениям, JMFoster использует математические методы для моделирования двигателя (поскольку процесс моделирования был разработан с большим объемом знаний в области механики, я здесь не профессионал в области механики, и нет возможности подойти к двери, заинтересованные друзья могут просмотреть исходный текст) Давайте посмотрим непосредственно на результаты модели.

В самом электроде есть десятки миллионов частиц активного материала и большое количество клея. Решить весь электрод напрямую явно нереально. Поэтому JMFoster использует упрощенный метод. Дж. М. Фостер считает, что за исключением положения края электрода, сила внутри электрода очень однородна, поэтому мы можем упростить процесс растворения всего электрода, чтобы растворить отдельные частицы активного материала и клей вокруг него, что значительно упрощает решение. процесс модели.

На рисунке a ниже показано распределение напряжений связующего вокруг частиц активного материала после поглощения электролита, а на рисунке c ниже показано прилипание точек P и E частиц активного материала после поглощения электролита. Из графика видно, что деформация в точке P вблизи поверхности электрода и токосъемника увеличивается после расширения абсорбирующего раствора связующего, а деформация в точке E на левой и правой сторонах частицы. Уменьшая из-за текучести связующего, связующее под действием напряжения выталкивается сверху и снизу частиц активного материала к обеим сторонам активного материала.

На рисунке b ниже показано распределение деформации окружающего клея во время изменения объема частиц активного материала. Из рисунка можно отметить, что распределение напряжений связующего, вызванное изменением объема активного материала, почти однородно, но тщательное исследование все же обнаруживает, что деформация клея на левой и правой сторонах активного материала все еще выше деформация клея на верхнем и нижнем концах активного материала, что указывает на то, что клей на левой и правой сторонах частиц активного материала с большей вероятностью расслоится во время циркуляции. Однако на самом деле необходимо отметить, что, поскольку изменение объема положительного активного материала во время цикла очень мало (NMC составляет 2-4%), изменение деформации связующего, вызванное объемным расширением частиц активного материала, составляет фактически намного меньше, чем у PVDF, объемное расширение, вызванное впитыванием клея.

Предыдущий анализ проводился для сферических частиц, и на практике частицы, которые мы использовали, имели много других форм, поэтому JMFoster проанализировал влияние различных форм частиц на деформацию клея. На рисунке ниже показано влияние различных форм частиц на распределение деформации после впитывания клея. По результатам расчета, деформация адгезии эллиптических частиц в точке P положительна, а вязкость в точке E. Деформация узла отрицательная, что согласуется с предыдущим анализом. В то же время из следующего рисунка видно, что направление выравнивания эллиптических частиц также влияет на деформацию клея. Когда более длинная сторона эллипса параллельна поверхности электрода, деформация клея значительно увеличивается.

На рисунке ниже показана деформация клея при различных скоростях заряда (Рисунок а - деформация клея в положительном электроде, Рисунок b - деформация клея в отрицательном электроде) и самой низкой скорости заряда, использованной в расчетах. требуется. Зарядка завершается через 3100 ч, а самая быстрая скорость зарядки требует всего 0,031 часа для завершения зарядки. Из рисунка видно, что высокая скорость зарядки значительно увеличит деформацию клея в положении частицы E активного материала, что приведет к адгезии и активности. Проблема расслоения частиц вещества в целом, быстрая зарядка, превышающая скорость 1С, вызовет повреждение положительных и отрицательных клеев, тем самым влияя на срок службы литий-ионной батареи.

Работа JMFoster позволяет нам иметь четкое представление о распределении деформации клея вокруг частиц активного материала на микроскопическом уровне, а также о факторах, влияющих на распределение деформации клея - форме частиц активного материала, их заряде и весе. скорость разряда. Углубленное обсуждение имеет определенное руководящее значение при разработке материалов электродов и конструкции литий-ионных аккумуляторов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.