რატომ იშლება ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეა?

ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეების გაუმართაობის მიზეზის ან მექანიზმის გაგება ძალზე მნიშვნელოვანია ბატარეის მუშაობის გასაუმჯობესებლად და მისი ფართომასშტაბიანი წარმოებისა და გამოყენებისთვის. ეს სტატია განიხილავს მინარევების, ფორმირების მეთოდებს, შენახვის პირობებს, გადამუშავებას, გადატვირთვას და ზედმეტად გამონადენს ბატარეის გაუმართაობაზე.

1. წარუმატებლობა წარმოების პროცესში

წარმოების პროცესში პერსონალი, აღჭურვილობა, ნედლეული, მეთოდები და გარემო არის ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ პროდუქტის ხარისხზე. LiFePO4 დენის ბატარეების წარმოების პროცესში პერსონალი და აღჭურვილობა ეკუთვნის მენეჯმენტის სფეროს, ამიტომ ძირითადად განვიხილავთ ბოლო სამ ეფექტურ ფაქტორს.

აქტიური ელექტროდის მასალაში მინარევები იწვევს ბატარეის უკმარისობას.

LiFePO4-ის სინთეზის დროს იქნება მცირე რაოდენობით მინარევები, როგორიცაა Fe2O3 და Fe. ეს მინარევები შემცირდება უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირზე და შეიძლება გაიჭრას დიაფრაგმა და გამოიწვიოს შიდა მოკლე ჩართვა. როდესაც LiFePO4 დიდხანს ექვემდებარება ჰაერს, ტენიანობა გააფუჭებს ბატარეას. დაბერების ადრეულ ეტაპზე მასალის ზედაპირზე წარმოიქმნება ამორფული რკინის ფოსფატი. მისი ადგილობრივი შემადგენლობა და სტრუქტურა მსგავსია LiFePO4(OH); OH-ის შეყვანით, LiFePO4 მუდმივად მოიხმარება, ვლინდება მოცულობის ზრდით; მოგვიანებით რეკრისტალიზდება ნელა და წარმოქმნის LiFePO4(OH). LiFePO3-ში Li4PO4 მინარევები ელექტროქიმიურად ინერტულია. რაც უფრო მაღალია გრაფიტის ანოდის მინარევების შემცველობა, მით მეტია შეუქცევადი სიმძლავრის დაკარგვა.

ფორმირების მეთოდით გამოწვეული ბატარეის უკმარისობა

აქტიური ლითიუმის იონების შეუქცევადი დაკარგვა პირველად აისახება ლითიუმის იონებში, რომლებიც მოიხმარენ მყარი ელექტროლიტური ინტერფეისური მემბრანის ფორმირებისას. კვლევებმა აჩვენა, რომ ფორმირების ტემპერატურის გაზრდა გამოიწვევს ლითიუმის იონების უფრო შეუქცევად დაკარგვას. როდესაც ფორმირების ტემპერატურა იზრდება, არაორგანული კომპონენტების წილი SEI ფილმში გაიზრდება. ორგანული ნაწილიდან ROCO2Li არაორგანულ კომპონენტად Li2CO3-მდე ტრანსფორმაციის დროს გამოთავისუფლებული აირი გამოიწვევს SEI ფილმში მეტ დეფექტს. ამ დეფექტების გამო ლითიუმის იონების დიდი რაოდენობა ჩანერგილი იქნება უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდში.

ფორმირების დროს, დაბალი დენის დამუხტვით წარმოქმნილი SEI ფილმის შემადგენლობა და სისქე არის ერთგვაროვანი, მაგრამ შრომატევადი; მაღალი დენის დამუხტვა გამოიწვევს მეტი გვერდითი რეაქციების წარმოქმნას, რაც გამოიწვევს ლითიუმ-იონის შეუქცევად დანაკარგს და ასევე გაიზრდება ელექტროდის ინტერფეისის უარყოფითი წინაღობა, მაგრამ ეს დაზოგავს დროს. დრო; დღესდღეობით უფრო ხშირად გამოიყენება მცირე დენის მუდმივი დენი-დიდი დენის მუდმივი დენი და მუდმივი ძაბვის ფორმირების რეჟიმი, რათა მხედველობაში მიიღოს ორივეს უპირატესობა.

ბატარეის უკმარისობა წარმოების გარემოში ტენიანობის გამო

რეალურ წარმოებაში, ბატარეა აუცილებლად დაუკავშირდება ჰაერს, რადგან დადებითი და უარყოფითი მასალები ძირითადად მიკრონის ან ნანო ზომის ნაწილაკებია, ხოლო გამხსნელის მოლეკულებს ელექტროლიტში აქვთ დიდი ელექტროუარყოფითი კარბონილის ჯგუფები და მეტასტაბილური ნახშირბად-ნახშირბადის ორმაგი ბმები. ყველა ადვილად შთანთქავს ჰაერში არსებულ ტენიანობას.

წყლის მოლეკულები რეაგირებენ ლითიუმის მარილთან (განსაკუთრებით LiPF6) ელექტროლიტში, რომელიც იშლება და მოიხმარს ელექტროლიტს (იხრწნება PF5-მდე) და წარმოქმნის მჟავე ნივთიერებას HF. ორივე PF5 და HF გაანადგურებს SEI ფილას და HF ასევე ხელს შეუწყობს LiFePO4 აქტიური მასალის კოროზიას. წყლის მოლეკულები ასევე მოახდენენ ლითიუმში ჩახლართული გრაფიტის უარყოფით ელექტროდს, წარმოქმნიან ლითიუმის ჰიდროქსიდს SEI ფილმის ბოლოში. გარდა ამისა, ელექტროლიტში გახსნილი O2 ასევე დააჩქარებს დაბერებას LiFePO4 ბატარეები.

წარმოების პროცესში, გარდა წარმოების პროცესისა, რომელიც გავლენას ახდენს ბატარეის მუშაობაზე, ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც იწვევენ LiFePO4 დენის ბატარეის უკმარისობას, მოიცავს ნედლეულში არსებულ მინარევებს (წყლის ჩათვლით) და წარმოქმნის პროცესს, შესაბამისად, სისუფთავე. მასალა, გარემოს ტენიანობის კონტროლი, ფორმირების მეთოდი და ა.შ. გადამწყვეტია ფაქტორები.

2. თაროებზე ჩავარდნა

კვების ბატარეის ექსპლუატაციის პერიოდში, მისი უმეტესი დრო თაროების მდგომარეობაშია. ზოგადად, თაროებზე ხანგრძლივი დროის შემდეგ, ბატარეის მოქმედება მცირდება, რაც ჩვეულებრივ აჩვენებს შიდა წინააღმდეგობის ზრდას, ძაბვის შემცირებას და გამონადენის სიმძლავრის შემცირებას. ბევრი ფაქტორი იწვევს ბატარეის მუშაობის დეგრადაციას, რომელთაგან ყველაზე აშკარა გავლენის ფაქტორებია ტემპერატურა, დატენვის მდგომარეობა და დრო.

კასემი და სხვ. გააანალიზა LiFePO4 დენის ბატარეების დაძველება შენახვის სხვადასხვა პირობებში. მათ მიაჩნდათ, რომ დაბერების მექანიზმი ძირითადად დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების გვერდითი რეაქციაა. ელექტროლიტი (დადებითი ელექტროდის გვერდით რეაქციასთან შედარებით, უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდის გვერდითი რეაქცია უფრო მძიმეა, ძირითადად გამოწვეულია გამხსნელით. დაშლა, SEI ფირის ზრდა) მოიხმარს ლითიუმის აქტიურ იონებს. ამავდროულად, ბატარეის მთლიანი წინაღობა იზრდება, აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვა იწვევს ბატარეის დაბერებას, როდესაც ის რჩება. LiFePO4 დენის ბატარეების სიმძლავრის დაკარგვა იზრდება შენახვის ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ამის საპირისპიროდ, შენახვის მდგომარეობის დატენვის მატებასთან ერთად, სიმძლავრის დაკარგვა უფრო მცირეა.

გროლეო და სხვ. ასევე მივიდა იმავე დასკვნამდე: შენახვის ტემპერატურა უფრო მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს LiFePO4 დენის ბატარეების დაძველებაზე, რასაც მოჰყვება შენახვის მდგომარეობა და შემოთავაზებულია მარტივი მოდელი. მას შეუძლია იწინასწარმეტყველოს LiFePO4 ენერგიის ბატარეის სიმძლავრის დაკარგვა შენახვის დროსთან დაკავშირებულ ფაქტორებზე დაყრდნობით (ტემპერატურა და დამუხტვის მდგომარეობა). სპეციფიკურ SOC მდგომარეობაში, შენახვის დროის გაზრდისას, ლითიუმი გრაფიტში გავრცელდება კიდემდე, წარმოქმნის კომპლექსურ ნაერთს ელექტროლიტებთან და ელექტრონებთან, რაც გამოიწვევს შეუქცევადი ლითიუმის იონების პროპორციის ზრდას, SEI-ს გასქელებას, და გამტარობა. შემცირებით გამოწვეული წინაღობის მატება (არაორგანული კომპონენტები იზრდება და ზოგიერთს აქვს ხელახლა დაშლის შანსი) და ელექტროდის ზედაპირის აქტივობის შემცირება ერთად იწვევს ბატარეის დაბერებას.

დატენვის მდგომარეობის ან განმუხტვის მდგომარეობის მიუხედავად, დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრიამ ვერ იპოვა რეაქცია LiFePO4-სა და სხვადასხვა ელექტროლიტებს შორის (ელექტროლიტი არის LiBF4, LiAsF6 ან LiPF6) ტემპერატურულ დიაპაზონში ოთახის ტემპერატურადან 85°C-მდე. თუმცა, როდესაც LiFePO4 ჩაეფლო LiPF6-ის ელექტროლიტში დიდი ხნის განმავლობაში, ის მაინც გამოავლენს სპეციფიკურ რეაქტიულობას. იმის გამო, რომ ინტერფეისის ფორმირების რეაქცია გახანგრძლივებულია, LiFePO4-ის ზედაპირზე ჯერ კიდევ არ არის პასივაციის ფენა, რათა თავიდან აიცილოს შემდგომი რეაქცია ელექტროლიტთან ერთი თვის განმავლობაში ჩაძირვის შემდეგ.

თაროების მდგომარეობაში შენახვის ცუდი პირობები (მაღალი ტემპერატურა და მაღალი დამუხტვის მდგომარეობა) გაზრდის LiFePO4 ელექტრო ბატარეის თვითგამორთვის ხარისხს, რაც უფრო აშკარა გახდის ბატარეის დაბერებას.

3. წარუმატებლობა გადამუშავებაში

ბატარეები ზოგადად ასხივებენ სითბოს გამოყენების დროს, ამიტომ ტემპერატურის გავლენა მნიშვნელოვანია. გარდა ამისა, გზის პირობებს, გამოყენებას და გარემოს ტემპერატურას განსხვავებული ეფექტი ექნება.

აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვა ზოგადად იწვევს LiFePO4 ენერგიის ბატარეების სიმძლავრის დაკარგვას ველოსიპედის დროს. დუბარი და სხვ. აჩვენა, რომ LiFePO4 დენის ბატარეების დაბერება ველოსიპედის დროს ძირითადად გამოწვეულია ზრდის რთული პროცესით, რომელიც მოიხმარს ფუნქციურ ლითიუმ-იონურ SEI ფილას. ამ პროცესში, აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვა პირდაპირ ამცირებს ბატარეის ტევადობის შეკავების სიჩქარეს; SEI ფილმის უწყვეტი ზრდა, ერთის მხრივ, იწვევს ბატარეის პოლარიზაციის წინააღმდეგობის ზრდას. ამავდროულად, SEI ფილმის სისქე ძალიან სქელია და გრაფიტის ანოდის ელექტროქიმიური მოქმედება. ეს ნაწილობრივ გაააქტიურებს აქტივობას.

მაღალი ტემპერატურის ციკლის დროს, Fe2+ LiFePO4-ში გარკვეულწილად დაიშლება. მიუხედავად იმისა, რომ გახსნილი Fe2+-ის რაოდენობას არ აქვს მნიშვნელოვანი გავლენა დადებითი ელექტროდის სიმძლავრეზე, Fe2+-ის დაშლა და ნეგატიური გრაფიტის ელექტროდზე Fe-ს დალექვა კატალიზურ როლს ითამაშებს SEI ფირის ზრდაში. . ტანმა რაოდენობრივად გააანალიზა სად და სად დაიკარგა აქტიური ლითიუმის იონები და აღმოაჩინა, რომ აქტიური ლითიუმის იონების დანაკარგის უმეტესი ნაწილი მოხდა უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდის ზედაპირზე, განსაკუთრებით მაღალი ტემპერატურის ციკლების დროს, ანუ მაღალი ტემპერატურის ციკლის სიმძლავრის დაკარგვა. არის უფრო სწრაფი და შეაჯამა SEI ფილმი. არსებობს დაზიანებისა და შეკეთების სამი განსხვავებული მექანიზმი:

1. გრაფიტის ანოდში ელექტრონები გადიან SEI ფენას ლითიუმის იონების შესამცირებლად.
2. SEI ფილმის ზოგიერთი კომპონენტის დაშლა და რეგენერაცია.
3. გრაფიტის ანოდის მოცულობის ცვლილების გამო, SEI მემბრანა გამოწვეული იყო რღვევით.

აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვის გარდა, გადამუშავების დროს გაუარესდება როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი მასალები. გადამუშავების დროს LiFePO4 ელექტროდში ბზარების გაჩენა გამოიწვევს ელექტროდის პოლარიზაციის გაზრდას და გამტარობის შემცირებას აქტიურ მასალასა და გამტარ აგენტს ან დენის კოლექტორს შორის. ნაგპურმა გამოიყენა სკანირების გაფართოებული რეზისტენტობის მიკროსკოპია (SSRM), რათა ნახევრად რაოდენობრივად შეესწავლა LiFePO4-ის ცვლილებები დაბერების შემდეგ და აღმოაჩინა, რომ LiFePO4 ნანონაწილაკების და ზედაპირის დეპოზიტების გახეხვამ სპეციფიკური ქიმიური რეაქციებით ერთად გამოიწვია LiFePO4 კათოდების წინაღობის ზრდა. გარდა ამისა, ბატარეის დაბერების მიზეზად ასევე ითვლება აქტიური ზედაპირის შემცირება და გრაფიტის ელექტროდების აქერცვლა, რომელიც გამოწვეულია აქტიური გრაფიტის მასალის დაკარგვით. გრაფიტის ანოდის არასტაბილურობა გამოიწვევს SEI ფირის არასტაბილურობას და ხელს შეუწყობს აქტიური ლითიუმის იონების მოხმარებას.

ბატარეის მაღალი სიჩქარის გამონადენმა შეიძლება უზრუნველყოს ელექტრო სატრანსპორტო საშუალების მნიშვნელოვანი სიმძლავრე; ანუ, რაც უფრო კარგია ელექტრომობილის სიჩქარე, მით უკეთესი იქნება ელექტრომობილის აჩქარება. კვლევის შედეგები კიმ და სხვ. აჩვენა, რომ LiFePO4 დადებითი ელექტროდის და გრაფიტის უარყოფითი ელექტროდის დაბერების მექანიზმი განსხვავებულია: გამონადენის სიჩქარის მატებასთან ერთად, დადებითი ელექტროდის სიმძლავრის დაკარგვა უფრო მეტად იზრდება, ვიდრე უარყოფითი ელექტროდისა. ბატარეის სიმძლავრის დაკარგვა დაბალი სიჩქარის ველოსიპედის დროს ძირითადად განპირობებულია უარყოფითი ელექტროდში აქტიური ლითიუმის იონების მოხმარებით. ამის საპირისპიროდ, ბატარეის ენერგიის დაკარგვა მაღალი სიჩქარის ციკლის დროს გამოწვეულია დადებითი ელექტროდის წინაღობის ზრდით.

მიუხედავად იმისა, რომ გამოყენებული აკუმულატორის გამონადენის სიღრმე არ იმოქმედებს სიმძლავრის დაკარგვაზე, ის იმოქმედებს ენერგიის დაკარგვაზე: ენერგიის დაკარგვის სიჩქარე იზრდება გამონადენის სიღრმის მატებასთან ერთად. ეს გამოწვეულია SEI ფირის წინაღობის ზრდით და მთელი ბატარეის წინაღობის ზრდით. პირდაპირ კავშირშია. მიუხედავად იმისა, რომ აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვასთან შედარებით, დამტენის ძაბვის ზედა ზღვარი აშკარა გავლენას არ ახდენს ბატარეის უკმარისობაზე, დამტენის ძაბვის ძალიან დაბალი ან ძალიან მაღალი ზედა ზღვარი გაზრდის LiFePO4 ელექტროდის ინტერფეისის წინაღობას: დაბალი ზედა ლიმიტური ძაბვა კარგად არ იმუშავებს. პასივაციის ფილმი იქმნება ადგილზე და ზედმეტად მაღალი ძაბვის ლიმიტი გამოიწვევს ელექტროლიტის ოქსიდაციურ დაშლას. ის შექმნის დაბალი გამტარობის პროდუქტს LiFePO4 ელექტროდის ზედაპირზე.

LiFePO4 დენის ბატარეის გამონადენის სიმძლავრე სწრაფად დაიკლებს ტემპერატურის შემცირებისას, ძირითადად იონური გამტარობის შემცირებისა და ინტერფეისის წინაღობის გაზრდის გამო. ლიმ ცალკე შეისწავლა LiFePO4 კათოდი და გრაფიტის ანოდი და აღმოაჩინა, რომ ძირითადი საკონტროლო ფაქტორები, რომლებიც ზღუდავს ანოდისა და ანოდის დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობას, განსხვავებულია. დომინანტურია LiFePO4 კათოდის იონური გამტარობის დაქვეითება, მთავარი მიზეზი კი გრაფიტის ანოდის ინტერფეისის წინაღობის მატებაა.

გამოყენების დროს, LiFePO4 ელექტროდისა და გრაფიტის ანოდის დეგრადაცია და SEI ფირის უწყვეტი ზრდა გამოიწვევს ბატარეის უკმარისობას სხვადასხვა ხარისხით. გარდა ამისა, გარდა უკონტროლო ფაქტორებისა, როგორიცაა გზის პირობები და გარემოს ტემპერატურა, ასევე აუცილებელია ბატარეის რეგულარული გამოყენება, მათ შორის შესაბამისი დატენვის ძაბვა, გამონადენის შესაბამისი სიღრმე და ა.შ.

4. ჩავარდნა დამუხტვისა და განმუხტვის დროს

ბატარეა ხშირად გარდაუვალად იტენება გამოყენებისას. ნაკლებია ზედმეტი გამონადენი. გადატვირთვის ან გადატვირთვის დროს გამოთავისუფლებული სითბო სავარაუდოდ დაგროვდება ბატარეის შიგნით, რაც კიდევ უფრო გაზრდის ბატარეის ტემპერატურას. ეს გავლენას ახდენს ბატარეის მუშაობის ხანგრძლივობაზე და ზრდის ხანძრის ან ქარიშხლის აფეთქების შესაძლებლობას. რეგულარულ დატენვისა და განმუხტვის პირობებშიც კი, ციკლების რაოდენობის მატებასთან ერთად, ბატარეის სისტემაში ცალკეული უჯრედების სიმძლავრის შეუსაბამობა გაიზრდება. ყველაზე დაბალი სიმძლავრის მქონე ბატარეა გაივლის დატენვის და ზედმეტად განმუხტვის პროცესს.

მიუხედავად იმისა, რომ LiFePO4-ს აქვს საუკეთესო თერმული სტაბილურობა სხვა დადებით ელექტროდის მასალებთან შედარებით სხვადასხვა დატენვის პირობებში, გადატვირთვამ ასევე შეიძლება გამოიწვიოს სახიფათო რისკები LiFePO4 დენის ბატარეების გამოყენებისას. გადატვირთულ მდგომარეობაში ორგანულ ელექტროლიტში არსებული გამხსნელი უფრო მიდრეკილია ჟანგვითი დაშლისკენ. ჩვეულებრივ გამოყენებულ ორგანულ გამხსნელებს შორის, ეთილენის კარბონატი (EC) უპირატესად გაივლის ოქსიდაციურ დაშლას დადებითი ელექტროდის ზედაპირზე. ვინაიდან უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდის ლითიუმის შეყვანის პოტენციალი (ლითიუმის პოტენციალის წინააღმდეგ) არაღრმაა, ლითიუმის ნალექი ძალიან სავარაუდოა უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდში.

ბატარეის უკმარისობის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი გადატვირთულ პირობებში არის შიდა მოკლე ჩართვა, რომელიც გამოწვეულია ლითიუმის კრისტალური ტოტებით, რომლებიც ხვრევენ დიაფრაგმას. ლუ და სხვ. გაანალიზებულია ლითიუმის მოპირკეთების უკმარისობის მექანიზმი გრაფიტის მოპირდაპირე ელექტროდის ზედაპირზე, რომელიც გამოწვეულია ზედმეტი დატენვით. შედეგები აჩვენებს, რომ უარყოფითი გრაფიტის ელექტროდის საერთო სტრუქტურა არ შეცვლილა, მაგრამ არსებობს ლითიუმის კრისტალური ტოტები და ზედაპირის ფილმი. ლითიუმის და ელექტროლიტის რეაქცია იწვევს ზედაპირის ფირის მუდმივ ზრდას, რაც მოიხმარს უფრო აქტიურ ლითიუმს და იწვევს ლითიუმის დიფუზირებას გრაფიტში. უარყოფითი ელექტროდი უფრო რთული ხდება, რაც კიდევ უფრო შეუწყობს ხელს ლითიუმის დეპონირებას უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირზე, რაც გამოიწვევს სიმძლავრის და კულონური ეფექტურობის შემდგომ შემცირებას.

გარდა ამისა, ლითონის მინარევები (განსაკუთრებით Fe) ზოგადად ითვლება ბატარეის გადატვირთვის უკმარისობის ერთ-ერთ მთავარ მიზეზად. Xu და სხვ. სისტემატურად შეისწავლა LiFePO4 დენის ბატარეების გაუმართაობის მექანიზმი გადატვირთვის პირობებში. შედეგები აჩვენებს, რომ Fe-ის რედოქსი გადატვირთვა/გამონადენის ციკლის დროს თეორიულად შესაძლებელია და მოცემულია რეაქციის მექანიზმი. როდესაც ხდება გადატვირთვა, Fe ჯერ იჟანგება Fe2+-მდე, Fe2+ შემდგომში უარესდება Fe3+-მდე და შემდეგ Fe2+ და Fe3+ ამოღებულია დადებითი ელექტროდიდან. ერთი მხარე დიფუზირდება უარყოფით ელექტროდის მხარეს, Fe3+ საბოლოოდ მცირდება Fe2+-მდე, ხოლო Fe2+ შემდგომში მცირდება და წარმოქმნის Fe; გადატვირთვის/გამონადენის ციკლების დროს, Fe-ის კრისტალური ტოტები დაიწყება ერთდროულად დადებით და უარყოფით ელექტროდებთან, რომლებიც ხვრეტენ გამყოფს Fe ხიდების შესაქმნელად, რაც გამოიწვევს მიკრო ბატარეის მოკლე ჩართვას, აშკარა ფენომენი, რომელიც თან ახლავს ბატარეის მიკრო მოკლე ჩართვას, არის უწყვეტი. ტემპერატურის მომატება გადატვირთვის შემდეგ.

გადატვირთვის დროს უარყოფითი ელექტროდის პოტენციალი სწრაფად გაიზრდება. პოტენციური მატება გაანადგურებს SEI ფილას უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირზე (SEI ფილმის არაორგანული ნაერთებით მდიდარი ნაწილი უფრო მეტად იჟანგება), რაც გამოიწვევს ელექტროლიტის დამატებით დაშლას, რაც გამოიწვევს სიმძლავრის დაკარგვას. რაც მთავარია, უარყოფითი დენის კოლექტორი Cu კილიტა დაჟანგდება. უარყოფითი ელექტროდის SEI ფილმში Yang et al. აღმოაჩინა Cu2O, Cu კილიტას დაჟანგვის პროდუქტი, რომელიც გაზრდის ბატარეის შიდა წინააღმდეგობას და გამოიწვევს ქარიშხლის სიმძლავრის დაკარგვას.

მან და სხვ. დეტალურად შეისწავლა LiFePO4 დენის ბატარეების ზედმეტად განმუხტვის პროცესი. შედეგებმა აჩვენა, რომ უარყოფითი დენის კოლექტორის Cu კილიტა შეიძლება დაჟანგულიყო Cu+-მდე ზედმეტი გამონადენის დროს, ხოლო Cu+ შემდგომში იჟანგება Cu2+-მდე, რის შემდეგაც ისინი დიფუზირდება დადებით ელექტროდში. შემცირების რეაქცია შეიძლება მოხდეს დადებით ელექტროდზე. ამგვარად, ის შექმნის ბროლის ტოტებს პოზიტიური ელექტროდის მხარეს, გახვრეტის გამყოფს და გამოიწვევს მიკრო მოკლე ჩართვას ბატარეის შიგნით. ასევე, ზედმეტი გამონადენის გამო, ბატარეის ტემპერატურა კვლავ გაიზრდება.

LiFePO4 დენის ბატარეის გადატვირთვამ შეიძლება გამოიწვიოს ჟანგვითი ელექტროლიტების დაშლა, ლითიუმის ევოლუცია და Fe კრისტალური ტოტების წარმოქმნა; ზედმეტმა გამონადენმა შეიძლება გამოიწვიოს SEI დაზიანება, რაც გამოიწვევს სიმძლავრის დეგრადაციას, Cu კილიტას დაჟანგვას და Cu კრისტალური ტოტების გამოჩენას.

5. სხვა წარუმატებლობები

LiFePO4-ის თანდაყოლილი დაბალი გამტარობის გამო, ადვილად ვლინდება თავად მასალის მორფოლოგია და ზომა და გამტარ აგენტების და შემკვრელების ზემოქმედება. გაბერშეკი და სხვ. განიხილა ზომისა და ნახშირბადის საფარის ორი ურთიერთგამომრიცხავი ფაქტორი და დაადგინა, რომ LiFePO4-ის ელექტროდის წინაღობა დაკავშირებულია მხოლოდ ნაწილაკების საშუალო ზომასთან. LiFePO4-ის საწინააღმდეგო დეფექტები (Fe იკავებს Li უბნებს) განსაკუთრებულ გავლენას მოახდენს ბატარეის მუშაობაზე: რადგან LiFePO4-ში ლითიუმის იონების გადაცემა ერთგანზომილებიანია, ეს დეფექტი შეაფერხებს ლითიუმის იონების კომუნიკაციას; მაღალი ვალენტური მდგომარეობების დანერგვის გამო დამატებითი ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო, ამ დეფექტმა შეიძლება გამოიწვიოს LiFePO4 სტრუქტურის არასტაბილურობა.

LiFePO4-ის დიდი ნაწილაკები ბოლომდე აღფრთოვანებული არ არის დატენვის ბოლოს; ნანოსტრუქტურულ LiFePO4-ს შეუძლია შეამციროს ინვერსიული დეფექტები, მაგრამ მისი მაღალი ზედაპირის ენერგია გამოიწვევს თვითგამონადენს. PVDF არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული შემკვრელი დღეისათვის, რომელსაც აქვს უარყოფითი მხარეები, როგორიცაა რეაქცია მაღალ ტემპერატურაზე, დაშლა არაწყლიან ელექტროლიტში და არასაკმარისი მოქნილობა. მას განსაკუთრებული გავლენა აქვს LiFePO4-ის სიმძლავრის დაკარგვასა და ციკლის ხანგრძლივობაზე. გარდა ამისა, მიმდინარე კოლექტორი, დიაფრაგმა, ელექტროლიტების შემადგენლობა, წარმოების პროცესი, ადამიანური ფაქტორები, გარე ვიბრაცია, შოკი და ა.შ. გავლენას მოახდენს ბატარეის მუშაობაზე სხვადასხვა ხარისხით.

მითითება: Miao Meng et al. "კვლევის პროგრესი ლითიუმის რკინის ფოსფატის დენის ბატარეების უკმარისობის შესახებ."