लिथियम आयर्न फॉस्फेट बॅटरी अयशस्वी का होते?

लिथियम आयर्न फॉस्फेट बॅटरीच्या अपयशाचे कारण किंवा यंत्रणा समजून घेणे बॅटरीची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि त्याचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन आणि वापरासाठी खूप महत्वाचे आहे. हा लेख अशुद्धता, निर्मिती पद्धती, स्टोरेज परिस्थिती, पुनर्वापर, ओव्हरचार्ज आणि बॅटरीच्या बिघाडावरील अति-डिस्चार्जच्या परिणामांवर चर्चा करतो.

1. उत्पादन प्रक्रियेत अपयश

उत्पादन प्रक्रियेत, कर्मचारी, उपकरणे, कच्चा माल, पद्धती आणि वातावरण हे उत्पादनाच्या गुणवत्तेवर परिणाम करणारे मुख्य घटक आहेत. LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या उत्पादन प्रक्रियेत, कर्मचारी आणि उपकरणे व्यवस्थापनाच्या व्याप्तीशी संबंधित आहेत, म्हणून आम्ही मुख्यतः शेवटच्या तीन प्रभाव घटकांवर चर्चा करतो.

सक्रिय इलेक्ट्रोड सामग्रीमधील अशुद्धता बॅटरीच्या अपयशास कारणीभूत ठरते.

LiFePO4 च्या संश्लेषणादरम्यान, Fe2O3 आणि Fe सारख्या कमी प्रमाणात अशुद्धता असतील. ही अशुद्धता निगेटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर कमी होईल आणि त्यामुळे डायाफ्रामला छिद्र पडू शकते आणि अंतर्गत शॉर्ट सर्किट होऊ शकते. LiFePO4 दीर्घकाळ हवेच्या संपर्कात असताना, ओलावा बॅटरी खराब करेल. वृद्धत्वाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात, सामग्रीच्या पृष्ठभागावर आकारहीन लोह फॉस्फेट तयार होतो. त्याची स्थानिक रचना आणि रचना LiFePO4(OH) सारखी आहे; OH च्या समावेशासह, LiFePO4 सतत सेवन केले जाते, व्हॉल्यूममध्ये वाढ म्हणून प्रकट होते; नंतर LiFePO4(OH) तयार करण्यासाठी हळूहळू पुनर्संचयित केले. LiFePO3 मधील Li4PO4 अशुद्धता इलेक्ट्रोकेमिकली जड आहे. ग्रेफाइट एनोडची अशुद्धता जितकी जास्त असेल तितकी अपरिवर्तनीय क्षमता कमी होईल.

निर्मिती पद्धतीमुळे बॅटरीचे अपयश

सक्रिय लिथियम आयनांचे अपरिवर्तनीय नुकसान प्रथम घन इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेसियल झिल्ली तयार करताना वापरल्या जाणार्‍या लिथियम आयनमध्ये दिसून येते. अभ्यासात असे आढळून आले आहे की निर्मितीचे तापमान वाढल्याने लिथियम आयनांचे अधिक अपरिवर्तनीय नुकसान होईल. जेव्हा निर्मितीचे तापमान वाढते तेव्हा SEI फिल्ममधील अजैविक घटकांचे प्रमाण वाढेल. सेंद्रिय भाग ROCO2Li पासून अजैविक घटक Li2CO3 मध्ये परिवर्तन करताना सोडलेल्या वायूमुळे SEI फिल्ममध्ये अधिक दोष निर्माण होतील. या दोषांमुळे सोडवलेले लिथियम आयन मोठ्या प्रमाणात नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडमध्ये एम्बेड केले जातील.

निर्मिती दरम्यान, कमी-वर्तमान चार्जिंगद्वारे तयार झालेल्या SEI फिल्मची रचना आणि जाडी एकसमान आहे परंतु वेळ घेणारी आहे; उच्च-वर्तमान चार्जिंगमुळे अधिक साइड रिअॅक्शन्स होतील, परिणामी लिथियम-आयन अपरिवर्तनीय नुकसान वाढेल आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड इंटरफेस प्रतिबाधा देखील वाढेल, परंतु यामुळे वेळ वाचतो. वेळ; आजकाल, लहान करंट स्थिर प्रवाह-मोठा वर्तमान स्थिर प्रवाह आणि स्थिर व्होल्टेजचा निर्मिती मोड अधिक वारंवार वापरला जातो जेणेकरून ते दोन्हीचे फायदे विचारात घेऊ शकतात.

उत्पादन वातावरणातील ओलावामुळे बॅटरी बिघाड

वास्तविक उत्पादनामध्ये, बॅटरी अपरिहार्यपणे हवेशी संपर्क साधेल कारण सकारात्मक आणि नकारात्मक पदार्थ बहुतेक मायक्रोन किंवा नॅनो-आकाराचे कण असतात आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील सॉल्व्हेंट रेणूंमध्ये मोठे इलेक्ट्रोनगेटिव्ह कार्बोनिल गट आणि मेटास्टेबल कार्बन-कार्बन दुहेरी बंध असतात. सर्व सहजपणे हवेतील आर्द्रता शोषून घेतात.

पाण्याचे रेणू इलेक्ट्रोलाइटमधील लिथियम मीठ (विशेषत: LiPF6) शी प्रतिक्रिया देतात, जे इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन आणि सेवन करतात (विघटित होऊन PF5 बनतात) आणि आम्लयुक्त पदार्थ HF तयार करतात. PF5 आणि HF दोन्ही SEI फिल्म नष्ट करतील, आणि HF LiFePO4 सक्रिय सामग्रीच्या गंजला देखील प्रोत्साहन देईल. पाण्याचे रेणू SEI फिल्मच्या तळाशी लिथियम-इंटरकॅलेटेड ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोडचे विघटन करतील, ज्यामुळे लिथियम हायड्रॉक्साइड तयार होईल. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये विरघळलेले O2 देखील वृद्धत्वाला गती देईल LiFePO4 बॅटरी.

उत्पादन प्रक्रियेमध्ये, बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या उत्पादन प्रक्रियेव्यतिरिक्त, LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या अपयशास कारणीभूत ठरणाऱ्या मुख्य घटकांमध्ये कच्च्या मालातील अशुद्धता (पाण्यासह) आणि निर्मिती प्रक्रियेचा समावेश होतो, त्यामुळे बॅटरीची शुद्धता साहित्य, पर्यावरणीय आर्द्रतेचे नियंत्रण, निर्मिती पद्धत इ. घटक महत्त्वाचे आहेत.

2. शेल्व्हिंगमध्ये अपयश

पॉवर बॅटरीच्या सर्व्हिस लाइफ दरम्यान, बहुतेक वेळ शेल्फिंगच्या स्थितीत असतो. सामान्यत:, दीर्घ शेल्व्हिंग वेळेनंतर, बॅटरीची कार्यक्षमता कमी होईल, सामान्यत: अंतर्गत प्रतिकारशक्तीमध्ये वाढ, व्होल्टेजमध्ये घट आणि डिस्चार्ज क्षमतेत घट दिसून येते. अनेक घटक बॅटरीच्या कार्यक्षमतेच्या ऱ्हासास कारणीभूत ठरतात, त्यापैकी तापमान, चार्जची स्थिती आणि वेळ हे सर्वात स्पष्टपणे प्रभावित करणारे घटक आहेत.

कासेम वगैरे. विविध स्टोरेज परिस्थितीत LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या वृद्धत्वाचे विश्लेषण केले. त्यांचा असा विश्वास होता की वृद्धत्वाची यंत्रणा ही मुख्यतः सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडची साइड प्रतिक्रिया आहे. इलेक्ट्रोलाइट (सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या साइड रिअॅक्शनच्या तुलनेत, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडची साइड रिअॅक्शन जड असते, मुख्यतः सॉल्व्हेंटमुळे होते. विघटन, SEI फिल्मची वाढ) सक्रिय लिथियम आयन वापरते. त्याच वेळी, बॅटरीचा एकूण प्रतिबाधा वाढतो, सक्रिय लिथियम आयन गमावल्यास बॅटरीचे वृद्धत्व होते. LiFePO4 पॉवर बॅटरीची क्षमता कमी होणे स्टोरेज तापमान वाढीसह वाढते. याउलट, संचयनाची स्थिती जसजशी वाढते तसतसे क्षमता कमी होते.

Grolleau et al. त्याच निष्कर्षापर्यंत पोहोचले: स्टोरेज तापमानाचा LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या वृद्धत्वावर अधिक लक्षणीय प्रभाव पडतो, त्यानंतर स्टोरेज स्थिती चार्ज होते आणि एक साधे मॉडेल प्रस्तावित आहे. स्टोरेज वेळ (तापमान आणि चार्जची स्थिती) शी संबंधित घटकांवर आधारित ते LiFePO4 पॉवर बॅटरीची क्षमता कमी होण्याचा अंदाज लावू शकते. विशिष्ट SOC स्थितीत, जसजसा शेल्फ टाइम वाढतो, ग्रेफाइटमधील लिथियम काठावर पसरेल, इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रॉन्ससह एक जटिल संयुग तयार करेल, परिणामी अपरिवर्तनीय लिथियम आयनच्या प्रमाणात वाढ होईल, SEI घट्ट होईल, आणि चालकता. घट झाल्यामुळे होणारी प्रतिबाधा वाढणे (अकार्बनिक घटक वाढतात आणि काहींना पुन्हा विरघळण्याची संधी असते) आणि इलेक्ट्रोड पृष्ठभागावरील क्रियाकलाप कमी झाल्यामुळे बॅटरीचे वृद्धत्व वाढते.

चार्जिंग स्थिती किंवा डिस्चार्जिंग स्थितीकडे दुर्लक्ष करून, विभेदक स्कॅनिंग कॅलरीमेट्रीला LiFePO4 आणि भिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स (इलेक्ट्रोलाइट म्हणजे LiBF4, LiAsF6, किंवा LiPF6) मध्ये खोलीच्या तापमानापासून 85°C पर्यंत तापमान श्रेणीमध्ये कोणतीही प्रतिक्रिया आढळली नाही. तथापि, जेव्हा LiFePO4 LiPF6 च्या इलेक्ट्रोलाइटमध्ये बर्याच काळासाठी बुडविले जाते, तरीही ते विशिष्ट प्रतिक्रिया दर्शवेल. इंटरफेस तयार करण्याची प्रतिक्रिया दीर्घकाळ चालत असल्यामुळे, LiFePO4 च्या पृष्ठभागावर एक महिना बुडवून ठेवल्यानंतर इलेक्ट्रोलाइटसह पुढील प्रतिक्रिया टाळण्यासाठी अद्याप कोणतीही पॅसिव्हेशन फिल्म नाही.

शेल्व्हिंग स्थितीत, खराब स्टोरेज स्थिती (उच्च तापमान आणि उच्च चार्ज स्थिती) LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या स्व-डिस्चार्जची डिग्री वाढवेल, ज्यामुळे बॅटरी वृद्धत्व अधिक स्पष्ट होईल.

3. पुनर्वापरात अपयश

वापरादरम्यान बॅटरी सामान्यतः उष्णता उत्सर्जित करतात, त्यामुळे तापमानाचा प्रभाव लक्षणीय असतो. याव्यतिरिक्त, रस्त्याची परिस्थिती, वापर आणि सभोवतालचे तापमान या सर्वांचे वेगवेगळे परिणाम होतील.

सक्रिय लिथियम आयन कमी झाल्यामुळे सायकल चालवताना LiFePO4 पॉवर बॅटरीची क्षमता कमी होते. दुबरी वगैरे. सायकल चालवताना LiFePO4 पॉवर बॅटरीचे वृद्धत्व मुख्यत्वे फंक्शनल लिथियम-आयन SEI फिल्म वापरणाऱ्या जटिल वाढीच्या प्रक्रियेमुळे होते. या प्रक्रियेत, सक्रिय लिथियम आयनचे नुकसान थेट बॅटरी क्षमतेचे धारणा दर कमी करते; SEI फिल्मची सतत वाढ, एकीकडे, बॅटरीच्या ध्रुवीकरण प्रतिरोधात वाढ होण्यास कारणीभूत ठरते. त्याच वेळी, SEI फिल्मची जाडी खूप जाड आहे, आणि ग्रेफाइट एनोडची इलेक्ट्रोकेमिकल कामगिरी. ते क्रियाकलाप अंशतः निष्क्रिय करेल.

उच्च-तापमान सायकलिंग दरम्यान, LiFePO2 मधील Fe4+ काही प्रमाणात विरघळेल. Fe2+ ​​च्या विरघळलेल्या प्रमाणाचा सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या क्षमतेवर कोणताही महत्त्वपूर्ण परिणाम होत नसला तरी, Fe2+ चे विरघळणे आणि नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडवर Fe चा वर्षाव SEI फिल्मच्या वाढीमध्ये उत्प्रेरक भूमिका बजावेल. . टॅनने सक्रिय लिथियम आयन कोठे आणि कोठे गमावले याचे परिमाणात्मक विश्लेषण केले आणि आढळले की सक्रिय लिथियम आयनचे बहुतेक नुकसान नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर होते, विशेषत: उच्च-तापमान चक्र दरम्यान, म्हणजेच उच्च-तापमान चक्र क्षमता कमी होते. जलद आहे, आणि SEI चित्रपटाचा सारांश आहे नुकसान आणि दुरुस्तीच्या तीन वेगवेगळ्या यंत्रणा आहेत:

1. लिथियम आयन कमी करण्यासाठी ग्रेफाइट एनोडमधील इलेक्ट्रॉन SEI फिल्ममधून जातात.
2. SEI चित्रपटाच्या काही घटकांचे विघटन आणि पुनर्जन्म.
3. ग्रेफाइट एनोडच्या व्हॉल्यूम बदलामुळे, एसईआय झिल्ली फुटल्यामुळे होते.

सक्रिय लिथियम आयनच्या नुकसानाव्यतिरिक्त, पुनर्वापर करताना सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही सामग्री खराब होईल. रीसायकलिंग दरम्यान LiFePO4 इलेक्ट्रोडमध्ये क्रॅकच्या घटनेमुळे इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण वाढेल आणि सक्रिय सामग्री आणि प्रवाहकीय एजंट किंवा वर्तमान संग्राहक यांच्यातील चालकता कमी होईल. नागपुरे यांनी वृद्धत्वानंतर LiFePO4 मधील बदलांचा अर्ध-परिमाणात्मक अभ्यास करण्यासाठी स्कॅनिंग एक्स्टेंडेड रेझिस्टन्स मायक्रोस्कोपी (SSRM) चा वापर केला आणि असे आढळले की LiFePO4 नॅनोकण आणि विशिष्ट रासायनिक अभिक्रियांद्वारे तयार होणारे पृष्ठभाग साठे एकत्र केल्यामुळे LiFePO4 कॅथोड्सच्या प्रतिबाधात वाढ झाली. याव्यतिरिक्त, सक्रिय पृष्ठभाग कमी होणे आणि सक्रिय ग्रेफाइट सामग्रीच्या नुकसानामुळे ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडचे एक्सफोलिएशन हे देखील बॅटरी वृद्धत्वाचे कारण मानले जाते. ग्रेफाइट एनोडची अस्थिरता SEI फिल्मची अस्थिरता निर्माण करेल आणि सक्रिय लिथियम आयनच्या वापरास प्रोत्साहन देईल.

बॅटरीचे उच्च-दर डिस्चार्ज इलेक्ट्रिक वाहनासाठी महत्त्वपूर्ण शक्ती प्रदान करू शकते; म्हणजेच, पॉवर बॅटरीची रेट कामगिरी जितकी चांगली असेल तितकी इलेक्ट्रिक कारची प्रवेग कार्यक्षमता चांगली असेल. किम एट अल च्या संशोधनाचे परिणाम. LiFePO4 पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड आणि ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोडची वृद्धत्वाची यंत्रणा भिन्न आहे: डिस्चार्ज रेटच्या वाढीसह, सकारात्मक इलेक्ट्रोडची क्षमता कमी होणे नकारात्मक इलेक्ट्रोडपेक्षा अधिक वाढते. लो-रेट सायकलिंग दरम्यान बॅटरीची क्षमता कमी होणे हे मुख्यतः नकारात्मक इलेक्ट्रोडमधील सक्रिय लिथियम आयनच्या वापरामुळे होते. याउलट, हाय-रेट सायकलिंग दरम्यान बॅटरीची पॉवर लॉस पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या प्रतिबाधात वाढ झाल्यामुळे होते.

वापरात असलेल्या पॉवर बॅटरीच्या डिस्चार्जच्या खोलीचा क्षमता कमी होण्यावर परिणाम होत नसला तरी, त्याचा पॉवर लॉसवर परिणाम होतो: डिस्चार्जच्या खोलीच्या वाढीसह पॉवर लॉसची गती वाढते. हे SEI फिल्मच्या प्रतिबाधात वाढ आणि संपूर्ण बॅटरीच्या प्रतिबाधात वाढ झाल्यामुळे आहे. त्याचा थेट संबंध आहे. सक्रिय लिथियम आयनच्या नुकसानाच्या तुलनेत, चार्जिंग व्होल्टेजच्या वरच्या मर्यादेचा बॅटरीच्या बिघाडावर कोणताही स्पष्ट प्रभाव नसला तरी, चार्जिंग व्होल्टेजची खूप कमी किंवा खूप जास्त वरची मर्यादा LiFePO4 इलेक्ट्रोडचा इंटरफेस प्रतिबाधा वाढवेल: कमी वरचा मर्यादा व्होल्टेज चांगले कार्य करणार नाही. पॅसिव्हेशन फिल्म जमिनीवर तयार होते आणि खूप जास्त वरच्या व्होल्टेज मर्यादेमुळे इलेक्ट्रोलाइटचे ऑक्सिडेटिव्ह विघटन होते. हे LiFePO4 इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर कमी चालकता असलेले उत्पादन तयार करेल.

जेव्हा तापमान कमी होते तेव्हा LiFePO4 पॉवर बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता झपाट्याने कमी होते, मुख्यतः आयन चालकता कमी होणे आणि इंटरफेस प्रतिबाधा वाढणे. Li ने LiFePO4 कॅथोड आणि ग्रेफाइट एनोडचा स्वतंत्रपणे अभ्यास केला आणि आढळले की एनोड आणि एनोडच्या कमी-तापमान कार्यक्षमतेवर मर्यादा घालणारे मुख्य नियंत्रण घटक वेगळे आहेत. LiFePO4 कॅथोडची आयनिक चालकता कमी होणे प्रबळ आहे आणि ग्रेफाइट एनोडच्या इंटरफेस प्रतिबाधात वाढ हे मुख्य कारण आहे.

वापरादरम्यान, LiFePO4 इलेक्ट्रोड आणि ग्रेफाइट एनोडचे ऱ्हास आणि SEI फिल्मच्या सतत वाढीमुळे बॅटरी वेगवेगळ्या प्रमाणात अपयशी ठरेल. याव्यतिरिक्त, रस्त्याची स्थिती आणि सभोवतालचे तापमान यासारख्या अनियंत्रित घटकांव्यतिरिक्त, बॅटरीचा नियमित वापर देखील आवश्यक आहे, ज्यामध्ये योग्य चार्जिंग व्होल्टेज, डिस्चार्जची योग्य खोली इ.

4. चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग दरम्यान अपयश

वापरताना बॅटरी अनेकदा अपरिहार्यपणे जास्त चार्ज होते. कमी ओव्हर-डिस्चार्ज आहे. ओव्हरचार्ज किंवा ओव्हर-डिस्चार्ज दरम्यान सोडलेली उष्णता बॅटरीमध्ये जमा होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे बॅटरीचे तापमान आणखी वाढते. हे बॅटरीच्या सेवा जीवनावर परिणाम करते आणि वादळाची आग किंवा स्फोट होण्याची शक्यता वाढवते. नियमित चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग परिस्थितीतही, सायकलची संख्या जसजशी वाढत जाईल, तसतसे बॅटरी सिस्टममधील एकल पेशींची क्षमता विसंगती वाढेल. सर्वात कमी क्षमतेची बॅटरी चार्जिंग आणि ओव्हर-डिस्चार्जिंग प्रक्रियेतून जाईल.

जरी LiFePO4 मध्ये भिन्न चार्जिंग परिस्थितींमध्ये इतर सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीच्या तुलनेत सर्वोत्तम थर्मल स्थिरता असली तरी, ओव्हरचार्जिंगमुळे LiFePO4 पॉवर बॅटरी वापरण्यात असुरक्षित धोका निर्माण होऊ शकतो. ओव्हरचार्ज अवस्थेत, सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइटमधील सॉल्व्हेंट ऑक्सिडेटिव्ह विघटन होण्यास अधिक प्रवण असतो. सामान्यतः वापरल्या जाणार्‍या सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्सपैकी, इथिलीन कार्बोनेट (EC) पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर ऑक्सिडेटिव्ह विघटन करतील. नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडची लिथियम इन्सर्टेशन क्षमता (लिथियम संभाव्य विरुद्ध) उथळ असल्याने, नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडमध्ये लिथियम पर्जन्याची उच्च शक्यता असते.

ओव्हरचार्ज्ड परिस्थितीत बॅटरी बिघाड होण्याचे मुख्य कारण म्हणजे लिथियम क्रिस्टल फांद्या डायफ्रामला छेदत असल्याने अंतर्गत शॉर्ट सर्किट. लू आणि इतर. ओव्हरचार्जमुळे होणार्‍या ग्रेफाइटच्या विरुद्ध इलेक्ट्रोड पृष्ठभागावर लिथियम प्लेटिंगच्या अपयशी यंत्रणेचे विश्लेषण केले. परिणाम दर्शविते की नकारात्मक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोडची एकूण रचना बदलली नाही, परंतु लिथियम क्रिस्टल शाखा आणि पृष्ठभागावरील फिल्म आहेत. लिथियम आणि इलेक्ट्रोलाइटच्या प्रतिक्रियेमुळे पृष्ठभागावरील फिल्म सतत वाढते, ज्यामुळे लिथियम अधिक सक्रिय होते आणि लिथियम ग्रेफाइटमध्ये पसरते. नकारात्मक इलेक्ट्रोड अधिक जटिल बनतो, ज्यामुळे नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर लिथियम जमा होण्यास प्रोत्साहन मिळेल, परिणामी क्षमता आणि कुलॉम्बिक कार्यक्षमतेत आणखी घट होईल.

याव्यतिरिक्त, धातूची अशुद्धता (विशेषत: Fe) हे बॅटरी ओव्हरचार्ज अयशस्वी होण्याचे मुख्य कारण मानले जाते. झू आणि इतर. ओव्हरचार्ज परिस्थितीत LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या अपयश यंत्रणेचा पद्धतशीरपणे अभ्यास केला. परिणाम दर्शवितात की ओव्हरचार्ज/डिस्चार्ज सायकल दरम्यान Fe चे रेडॉक्स सैद्धांतिकदृष्ट्या शक्य आहे, आणि प्रतिक्रिया यंत्रणा दिली आहे. जेव्हा ओव्हरचार्ज होते तेव्हा, Fe प्रथम Fe2+ मध्ये ऑक्सिडाइज केले जाते, Fe2+ पुढे Fe3+ मध्ये खराब होते आणि नंतर Fe2+ आणि Fe3+ पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडमधून काढले जातात. एक बाजू नकारात्मक इलेक्ट्रोड बाजूला पसरते, Fe3+ शेवटी Fe2+ वर कमी होते आणि Fe2+ पुढे Fe बनते; जेव्हा ओव्हरचार्ज/डिस्चार्ज चक्र, Fe क्रिस्टल शाखा एकाच वेळी सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड्सवर सुरू होतील, Fe ब्रिज तयार करण्यासाठी विभाजकाला छेद देतात, परिणामी मायक्रो बॅटरी शॉर्ट सर्किट होते, बॅटरीच्या मायक्रो शॉर्ट सर्किटसह दिसणारी स्पष्ट घटना म्हणजे सतत. जास्त चार्ज केल्यानंतर तापमानात वाढ.

ओव्हरचार्ज दरम्यान, नकारात्मक इलेक्ट्रोडची क्षमता वेगाने वाढेल. संभाव्य वाढीमुळे नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावरील SEI फिल्म नष्ट होईल (SEI फिल्ममधील अजैविक संयुगे समृद्ध भाग ऑक्सिडाइझ होण्याची शक्यता जास्त असते), ज्यामुळे इलेक्ट्रोलाइटचे अतिरिक्त विघटन होईल, परिणामी क्षमता कमी होईल. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, नकारात्मक वर्तमान संग्राहक Cu फॉइलचे ऑक्सीकरण केले जाईल. नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या SEI फिल्ममध्ये, यांग एट अल. Cu2O आढळले, Cu Foil चे ऑक्सिडेशन उत्पादन, ज्यामुळे बॅटरीचा अंतर्गत प्रतिकार वाढेल आणि वादळाची क्षमता कमी होईल.

त्याने इ. LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या ओव्हर-डिस्चार्ज प्रक्रियेचा तपशीलवार अभ्यास केला. परिणामांवरून असे दिसून आले की नकारात्मक वर्तमान संग्राहक Cu फॉइल ओव्हर-डिस्चार्ज दरम्यान Cu+ मध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाऊ शकते, आणि Cu+ पुढे Cu2+ मध्ये ऑक्सीकरण केले जाते, त्यानंतर ते सकारात्मक इलेक्ट्रोडमध्ये पसरतात. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडवर घट प्रतिक्रिया येऊ शकते. अशा प्रकारे, ते सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या बाजूला क्रिस्टल फांद्या तयार करेल, विभाजकाला छेद देईल आणि बॅटरीमध्ये सूक्ष्म शॉर्ट सर्किट होईल. तसेच, ओव्हर-डिस्चार्जमुळे, बॅटरीचे तापमान सतत वाढत राहील.

LiFePO4 पॉवर बॅटरीच्या ओव्हरचार्जमुळे ऑक्सिडेटिव्ह इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन, लिथियम उत्क्रांती आणि Fe क्रिस्टल शाखांची निर्मिती होऊ शकते; ओव्हर-डिस्चार्जमुळे SEI चे नुकसान होऊ शकते, परिणामी क्षमता कमी होते, Cu Foil ऑक्सिडेशन आणि अगदी Cu क्रिस्टल शाखा देखील दिसतात.

5. इतर अपयश

LiFePO4 च्या अंतर्निहित कमी चालकतेमुळे, सामग्रीचे आकारविज्ञान आणि आकार आणि प्रवाहकीय एजंट्स आणि बाईंडरचे परिणाम सहजपणे प्रकट होतात. गॅबर्सेक आणि इतर. आकार आणि कार्बन कोटिंगच्या दोन विरोधाभासी घटकांवर चर्चा केली आणि आढळले की LiFePO4 चा इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा केवळ कणांच्या सरासरी आकाराशी संबंधित आहे. LiFePO4 मधील अँटी-साइट दोषांचा बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर विशेष प्रभाव पडेल: LiFePO4 मधील लिथियम आयनचे प्रसारण एक-आयामी असल्यामुळे, हा दोष लिथियम आयनच्या संप्रेषणात अडथळा आणेल; उच्च व्हॅलेन्स स्टेटसच्या परिचयामुळे अतिरिक्त इलेक्ट्रोस्टॅटिक प्रतिकर्षणामुळे, हा दोष LiFePO4 संरचनेची अस्थिरता देखील कारणीभूत ठरू शकतो.

LiFePO4 चे मोठे कण चार्जिंगच्या शेवटी पूर्णपणे आनंदित होऊ शकत नाहीत; नॅनो-स्ट्रक्चर्ड LiFePO4 उलथापालथ दोष कमी करू शकते, परंतु त्याच्या उच्च पृष्ठभागाच्या उर्जेमुळे स्वयं-डिस्चार्ज होईल. PVDF हे सध्या सर्वात जास्त वापरले जाणारे बाईंडर आहे, ज्याचे तोटे आहेत जसे की उच्च तापमानावर प्रतिक्रिया, जलीय इलेक्ट्रोलाइटमध्ये विरघळणे आणि अपुरी लवचिकता. LiFePO4 च्या क्षमता कमी होण्यावर आणि सायकल लाइफवर त्याचा विशेष प्रभाव पडतो. याशिवाय, वर्तमान संग्राहक, डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट रचना, उत्पादन प्रक्रिया, मानवी घटक, बाह्य कंपन, शॉक, इत्यादी, बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर वेगवेगळ्या प्रमाणात परिणाम करतील.

संदर्भ: Miao Meng et al. "लिथियम आयर्न फॉस्फेट पॉवर बॅटरीच्या अपयशावर संशोधन प्रगती."