ຄຸນລັກສະນະຂອງຫມໍ້ໄຟ Lithium{0}}ion ແມ່ນຫຍັງ?

ຄວາມອາດສາມາດ ແລະກຳລັງໄຟຟ້າຂອງ Lithium{0}}Ion Battery Materials

ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ-ປະຕິກິລິຍາການລະບາຍຂອງແບດເຕີລີ່ lithium-ion, ມີພຽງແຕ່ວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ວຽກຂອງ electrodes ບວກ ແລະ ລົບເທົ່ານັ້ນທີ່ໄດ້ຮັບ lithium{2}}ion intercalation/deintercalation reactions, ໃນຂະນະທີ່ electrolyte ແລະວັດສະດຸອື່ນໆບໍ່ໄດ້ບໍລິໂພກ. ດັ່ງນັ້ນ, ທ່າແຮງທີ່ວັດສະດຸ electrode ບວກ ແລະລົບປ່ຽນກັນໄດ້/deintercalate lithium ion ກຳນົດຄ່າແຮງດັນວົງຈອນຂອງແບດເຕີຣີ້ເປີດ- ແລະປະລິມານຂອງ lithium ion intercalating/deintercalating ຈະກຳນົດຄວາມອາດສາມາດຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໄດ້. ຜູ້ຜະລິດແບດເຕີລີ່ lithium-ion ທົ່ວໂລກຈໍານວນຫຼາຍແລະຜູ້ຜະລິດຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ອີງໃສ່ຄຸນລັກສະນະວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ເພື່ອບັນລຸການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ຫມັ້ນຄົງແລະປະສິດທິພາບຜະລິດຕະພັນທີ່ສອດຄ່ອງ.

ສໍາລັບ electrode ລົບ, ປະຕິກິລິຍາເກີດຂື້ນຕາມສົມຜົນ (1.2). ຕໍ່ mole ຂອງກາກບອນ (12g), ສູງສຸດຂອງ 1/6 mol ຂອງ lithium ions ສາມາດ intercalated. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມສາມາດສະເພາະທາງທິດສະດີຂອງວັດສະດຸ electrode ລົບກາກບອນແມ່ນ
1/6(mol)×96485(ຄ່າຄົງທີ່ Faraday,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)

ໃນການນໍາໃຊ້ປະຈໍາວັນ, ພິຈາລະນາການສູນເສຍ lithium ເນື່ອງຈາກການດູດຊຶມແລະການສ້າງຕັ້ງຂອງຮູບເງົາ electrolyte ແຂງ interphase (SEI), ຄວາມອາດສາມາດສະເພາະຂອງວັດສະດຸຄາບອນທີ່ບັນລຸໄດ້ແມ່ນ 300-345 mA·h / g. ຜູ້ຜະລິດຊຸດຫມໍ້ໄຟ lithium-ຊັ້ນນໍາຂອງແບດເຕີຣີໄອອອນບັນລຸລະດັບນີ້ໂດຍຜ່ານການສ້າງກາຟເຟດທີ່ດີທີ່ສຸດແລະຂະບວນການເຄືອບທີ່ຊັດເຈນ.

ສໍາລັບວັດສະດຸ electrode ໃນທາງບວກ, ຄວາມອາດສາມາດຂອງມັນຂຶ້ນກັບປະລິມານຂອງ lithium ion ທີ່ສາມາດສະກັດ / ໃສ່. ເອົາ LiCoO₂ ເປັນຕົວຢ່າງ, ເຖິງ 1 mol ຂອງ lithium ion ຕໍ່ mole ຂອງ LiCoO₂ ສາມາດມີສ່ວນຮ່ວມໃນປະຕິກິລິຍາ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມອາດສາມາດສະເພາະທາງທິດສະດີຂອງ LiCoO₂ (ມະຫາຊົນໂມເລກຸນ 97.86) ແມ່ນ.
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)

ໃນ​ການ​ປະ​ຕິ​ບັດ​, ເພື່ອ​ຮັກ​ສາ​ຄວາມ​ຫມັ້ນ​ຄົງ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​ຂອງ​ວັດ​ສະ​ດຸ LiCoO₂​, ໂດຍ​ທົ່ວ​ໄປ​ມີ​ພຽງ​ແຕ່ 30​% – 60​% ຂອງ lithium ion ເຂົ້າ​ຮ່ວມ​ໃນ​ການ​ຕິ​ກິ​ຣິ​ຍາ​. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມອາດສາມາດສະເພາະຕົວຈິງຂອງວັດສະດຸ LiCoO₂ ແມ່ນ 137–164 mA·h/g. ຜູ້ຜະລິດແບດເຕີລີ່ lithium-Ion ຕົ້ນຕໍຜູ້ຜະລິດ OEM ຄວບຄຸມຄວາມເລິກຂອງການສາກໄຟແລະການໄຫຼຜ່ານ BMS ຂັ້ນສູງເພື່ອເພີ່ມອາຍຸຮອບວຽນໃຫ້ສູງສຸດໃນຂະນະທີ່ຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພ.

ສໍາລັບທາດເຫຼັກ lithium phosphate, 1 mol ຂອງ lithium ions ຕໍ່ mole ຂອງ lithium iron phosphate ສາມາດມີສ່ວນຮ່ວມຢ່າງເຕັມສ່ວນໃນຕິກິຣິຍາ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມອາດສາມາດສະເພາະທາງທິດສະດີ ແລະຕົວຈິງຂອງວັດສະດຸ lithium iron phosphate (ມະຫາຊົນໂມເລກຸນ 157.8) ແມ່ນ.
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g){{3}C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)

ໂດຍທໍາມະຊາດ, ທ່າແຮງ redox ມາດຕະຖານຂອງ Li/Li⁺ ແມ່ນຕໍ່າສຸດ, ເຖິງ -3.04 V (vs. ມາດຕະຖານ hydrogen electrode). ສໍາລັບວັດສະດຸ electrode ລົບຂອງຄາບອນ, ທ່າແຮງຂອງການສະກັດເອົາແລະການໃສ່ lithium-ion ແມ່ນຢູ່ໃກ້ກັບທ່າແຮງຄວາມສົມດຸນຂອງ Li/Li⁺. ອີງຕາມທິດສະດີ electrochemical, ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ທ່າແຮງ electrode E ຂອງ electrode ລົບກາກບອນແມ່ນ

E=E ອົງສາ + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)

ຢູ່ໃສ
E℃- ທ່າແຮງຂອງ electrode ມາດຕະຖານ;
C(Li⁺) - ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ lithium ion ໃນການແກ້ໄຂ electrolyte;
C(Li,C₆) - ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ lithium ion ໃນຄາບອນ electrode ລົບ.

ເມື່ອຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນການແກ້ໄຂແລະໃນຄາບອນ electrode ລົບແມ່ນໃກ້ຊິດ, ທ່າແຮງຂອງ electrode ຂອງ electrode ລົບເທົ່າກັບມາດຕະຖານການຫຼຸດຜ່ອນທ່າແຮງ E degree. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນ electrolyte ແມ່ນຄົງທີ່, ດັ່ງນັ້ນການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນຄາບອນ electrode ລົບຈະເຮັດໃຫ້ເກີດການປ່ຽນແປງໃນທ່າແຮງຂອງ electrode ລົບ. ໃນປັດຈຸບັນບໍ່ມີວິທີການທົ່ວໄປທີ່ຈະຄິດໄລ່ທ່າແຮງຄວາມສົມດຸນທີ່ຊັດເຈນຂອງ Li/C₆ ທີ່ມີຄ່າ x ແຕກຕ່າງກັນ. ມັນຖືກກໍານົດໂດຍທົ່ວໄປໂດຍການທົດລອງ. ການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າທ່າແຮງ delithiation ຂອງ graphite-ວັດສະດຸໂດຍອີງໃສ່ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວແຕກຕ່າງກັນລະຫວ່າງ 0–0.4 V (vs. Li/Li⁺), ເຮັດໃຫ້ມັນຂ້ອນຂ້າງເປັນວັດສະດຸ electrode ລົບທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ. ຮູບທີ 1.2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການສາກປົກກະຕິ-ເສັ້ນໂຄ້ງລັກສະນະການລະບາຍຂອງອິເລັກໂທຣດລົບກຼາຟິດ.

ສໍາລັບວັດສະດຸ electrode ບວກ LiCoO₂, ຂະບວນການ intercalation/deintercalation lithium ແມ່ນປະຕິກິລິຍາໄລຍະດຽວ-. ໃນຂະນະທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນວັດສະດຸ electrode ໃນທາງບວກມີການປ່ຽນແປງ, ທ່າແຮງຂອງ electrode ໃນທາງບວກຍັງປ່ຽນແປງ. ພິຈາລະນາຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນ electrolyte ແມ່ນ 1 mol / L, ສໍາລັບປະຕິກິລິຍາໃນສົມຜົນ (1.1), ທ່າແຮງຂອງ electrode ໃນທາງບວກແມ່ນ E.

E=E ອົງສາ + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)

ຢູ່ໃສ
E℃- ທ່າແຮງຂອງ electrode ມາດຕະຖານ;
C(LiCoO₂) - ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ LiCoO₂ ໃນວັດສະດຸ electrode ບວກ;
C(Li⁺,CoO₂) - ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ Li⁺ ແລະ CoO₂ ໃນວັດສະດຸ electrode ບວກ;
ຍ້ອນວ່າ lithium ions ຖືກສະກັດ, ທ່າແຮງ electrode ໃນທາງບວກສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າອ່ຽງຫຼຸດລົງ.

ການສາກໄຟ-ຂະບວນການປ່ອຍຂອງວັດສະດຸ lithium iron phosphate ແມ່ນການປ່ຽນຈາກ lithium iron phosphate ເປັນ iron phosphate ຫຼັງຈາກ delithiation.

ປະຕິກິລິຍາຢູ່ທີ່ electrode ທາດເຫຼັກ lithium phosphate ແມ່ນ
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)

lithium{0}}ຂະບວນການ intercalation/deintercalation ຂອງ lithium ຂອງມັນແມ່ນປະຕິກິລິຍາສອງ-ໄລຍະ. ດັ່ງນັ້ນ, ການປ່ຽນແປງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ lithium ion ໃນວັດສະດຸ electrode ໃນທາງບວກບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງ electrode ໃນທາງບວກ. ທ່າແຮງຄວາມສົມດຸນຂອງມັນແມ່ນ

E=E ອົງສາ + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)

ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງທາດແຂງທີ່ບໍລິສຸດແມ່ນ 1. ອີງຕາມຕົວກໍານົດການ thermodynamic ຂອງມັນ, ທ່າແຮງຄວາມສົມດຸນທາງທິດສະດີແມ່ນ 3.4 V.

ການສາກປົກກະຕິ-ເສັ້ນໂຄ້ງລັກສະນະການລະບາຍຂອງວັດສະດຸ lithium iron phosphate ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1.3.

ລັກສະນະປະສິດທິພາບຂອງຫມໍ້ໄຟ Lithium{0}}ion

ເມື່ອປຽບທຽບກັບແບດເຕີຣີ້ອື່ນ, ແບດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນມີລັກສະນະດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ທີ່ໄດ້ຮັບການຍອມຮັບຢ່າງກວ້າງຂວາງໂດຍຜູ້ຈໍາຫນ່າຍຫມໍ້ໄຟ lithium- ແລະລູກຄ້າອຸດສາຫະກໍາ:

ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງ.ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium{0}ion ສູງເຖິງ 100 W·h/kg ແລະ 200 W·h/L ຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ. ຫຼ້າສຸດ ternary cathode lithium-ແບດເຕີຣີ ion ໄດ້ບັນລຸພະລັງງານສະເພາະຂອງມະຫາຊົນ 200 W·h/kg. ໂດຍໃຊ້-ຊິລິໂຄນ nickel-ວັດສະດຸ anode ສູງ ແລະ lithium-ວັດສະດຸ cathode ທີ່ອຸດົມສົມບູນ, ຄາດວ່າຈະມີພະລັງງານສະເພາະເຖິງ 400 W·h/kg ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ volumetric 900 W·h/L, ເກີນກວ່າແບດເຕີຣີແບບດັ້ງເດີມ. ດັ່ງນັ້ນ, ຫມໍ້ໄຟ lithium{13}}ion ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຜະລິດຕະພັນອີເລັກໂທຣນິກແບບພົກພາ ແລະລົດໄຟຟ້າ.

ແຮງດັນໄຟຟ້າ{0}ເປີດສູງ.ເນື່ອງຈາກການໃຊ້ສານລະລາຍປອດສານພິດທີ່ບໍ່ແມ່ນ-ນໍ້າ, ແຮງດັນຂອງເຊລດຽວ-ຈຶ່ງຮອດ 3.6–3.8 V, ເຊິ່ງແມ່ນ 2–3 ເທົ່າຂອງ nickel-metal hydride ຫຼື nickel-batteries cadmium. ການນໍາໃຊ້-ວັດສະດຸ cathode ແຮງດັນສູງຢ່າງມີປະສິດທິພາບສາມາດເພີ່ມແຮງດັນການເຮັດວຽກຂອງເຊລດຽວເປັນ 4.5–5 V, ເຊິ່ງເປັນເຫດຜົນສໍາຄັນອັນນຶ່ງສໍາລັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium{12}}ion.

ສາມາດ-ຄິດຄ່າທຳນຽມ ແລະ ໄລ່ອອກໄດ້ສູງ.ຕົວຢ່າງ, ແບດເຕີຣີ -ແຂງ-ລັດ lithium-ທັງໝົດທີ່ໃຊ້ໄຟຟ້າໂພລີເມີລີສາມາດບັນລຸອັດຕາການໄຫຼເກີນ 10C ດ້ວຍຄວາມປອດໄພທີ່ດີ; ຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ທີ່ໃຊ້ lithium iron phosphate ເປັນ cathode ສາມາດບັນລຸ 100C.

ອັດຕາການປ່ອຍອອກເອງ-ຕໍ່າ.ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ອັດຕາການປ່ອຍຕົວຂອງແບດເຕີຣີ້ lithium- ໄອອອນລາຍເດືອນໂດຍປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນໜ້ອຍກວ່າ 10%, ຕ່ຳກວ່າ nickel-ແບດເຕີຣີ້ metal hydride (15%) ແລະເຄິ່ງໜຶ່ງຂອງ nickel-batteries cadmium. ອັດຕາການປ່ອຍອອກເອງ-ຂອງແບດເຕີຣີລີເທຍເຫລັກຟອສເຟດໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນໜ້ອຍກວ່າ 3%.

ເປັນມິດກັບສິ່ງແວດລ້ອມ,ບໍ່ມີສານຕະກົ່ວ, ແຄດເມຍ, mercury, ຫຼືສານອັນຕະລາຍອື່ນໆ, ແລະບໍ່ມີມົນລະພິດຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມ.

ບໍ່ມີຜົນຕໍ່ຄວາມຊົງຈໍາ.ເອັບເຟັກໜ່ວຍຄວາມຈຳໝາຍເຖິງປະກົດການທີ່ຄວາມອາດສາມາດຂອງແບັດເຕີຣີຫຼຸດລົງເມື່ອສາກໃໝ່ກ່ອນທີ່ຈະສາກເຕັມ ຫຼື ນຳໃຊ້ກ່ອນທີ່ຈະສາກເຕັມ (ຜົນກະທົບຂອງໜ່ວຍຄວາມຈຳບໍ່ແມ່ນຄວາມອາດສາມາດເສື່ອມໂຊມ). ແບດເຕີຣີລີ່ຽມ-ໄອອອນບໍ່ມີຜົນຕໍ່ຄວາມຈຳ.

ຄວາມປອດໄພທີ່ດີ.ແບດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຈະໃຊ້ວັດສະດຸຄາບອນເປັນອິກເລັກໂທຣດລົບ, ເຊິ່ງມີທ່າແຮງຂອງອິເລັກໂທຣດທີ່ໃກ້ຄຽງກັບ lithium ໂລຫະ. Lithium ions ສາມາດປະຕິສັງຂອນ intercalate ແລະ deintercalate ໃນຄາບອນ, ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງທາດໂລຫະ lithium ແລະປັບປຸງຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, flame-ສານເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານ, flame-ຕົວແຍກການຕ້ານການ, ອຸປະກອນ PTC (ຄ່າສໍາປະສິດອຸນຫະພູມບວກ), ການລະເບີດ-ວາວປ້ອງກັນ, ລະບົບການຈັດການຫມໍ້ໄຟ, ແລະເຕັກໂນໂລຢີອື່ນໆໄດ້ຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພສູງຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium-ion.

ຊີວິດຮອບວຽນຍາວ.ອາຍຸຮອບວຽນຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium{0}}ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວແມ່ນຫຼາຍກວ່າ 500 ຮອບ. ວົງຈອນຊີວິດຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium iron phosphate ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນ 2000-3000 ຮອບ. ເມື່ອຖືກຈັບຄູ່ກັບລະບົບວັດສະດຸ anode ທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການວົງຈອນສູງ (ເຊັ່ນ: lithium titanate), ຫຼາຍກວ່າ 10,000 ຮອບວຽນສາມາດບັນລຸໄດ້. ນີ້ເຮັດໃຫ້ຫມໍ້ໄຟ lithium iron phosphate ເປັນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດສໍາລັບລະບົບຫມໍ້ໄຟເກັບຮັກສາພະລັງງານແລະໂຄງການ ESS ຂະຫນາດຂະຫນາດໃຫຍ່.