Analysis methodi disassembly pro defectu lithii-ion batteries

Analysis methodi disassembly pro defectu lithii-ion batteries

Senescit defectus lithii-ionis gravidae commune problema est, et diminutio in pugna facienda maxime ob reactiones chemicas degradationis in gradibus materialibus et electrode (Figura 1). Degradatio electronicorum includit membranas et poros in strato superficiei electrodis claudendos, necnon defectum electrodis rimas vel adhaesiones; Degradatio materialis includit cinematographica formationem super particulas superficierum, particulam crepuisse, particulam discessionem, transformationem structurarum in superficierum particulas, dissolutionem et migrationem elementorum metallorum etc. Exempli causa, degradatio materiae ad capacitatem minuendam et resistentiam in gradu pugnae augendam ducere potest. Ideo penitus intellectus degradationis mechanismus, quae intra pilam occurrit, pendet pro analysi defectu mechanismi et pugnae vita extendens. Articulus hic summat methodos ad gravidas lithium-ion congregandas et technicas physicas et chemicas probationis adhibendas ad analysin et ad materias altilium disconveniendas.

Figure 1 Overview of senescentis mechanismi defectus et analysi communis methodi pro electrode et materiali degradatione in gravida lithio-ion

Disassembly modum 1. Pugna

Disassemble et analysi senescentis processu ac defecit gravida, ostenditur in Figura II, quae maxime includit:

(1) Pugna pre inspectione;

(2) Dimittite abscindendi intentionem vel certam socam statum;

(3) Transfer ad ambitum moderatum, ut locus siccitatis;

(4) Disassemble et aperi pugna;

(5) Separate varia, ut positivi electrode, negativo, electrode, diaphragmate, electrolytico, etc;

(6) Physicam et chemicam analysin uniuscuiusque partis ducere.

Figure 2 Disassembly et Analysis Processus senescentis et culpae Batteries

1.1 Pre inspectionem et non perniciosam probationem lithii-ion gravida ante disassembly

Antequam cellulis disiungendis, methodi non-perditae tentationis praeviam intelligentiam machinae attenuationis machinae praebere possunt. Communes tentationes modos maxime includunt:

(1) Facultas temptationis: Status senilis pugnae plerumque insignitur suo statu sanitatis (SOH), quae est proportio pilae missionis capacitatis tempore t senescit ad facultatem missionis tempore t=0. Ob hoc quod missio capacitatis maxime dependet a temperie, emissione profunditatis (DOD), et emissionem currentis, frena regularis conditionum operandi plerumque requiri ad monitor SOH, ut temperamentum 25° C, DOD 100%, et missionem rate 1C. .

(2) Facultas differentialis Analysis (ICA): Facultas differentialis refert ad curvam dQ/dV-V, quae in intentione curvae in vertices dQ/dV converti potest punctum inflexionis et inflexionis. Cras mutationes in dQ/dV cacumina (cacumen intensio et apicem trabea) in senescente notitias habere possunt ut damnum materiale activum / electricum contactum damnum, altilium chemicae mutationes, missionem, crimen et evolutionem lithium.

(3) Impedimentum spectroscopium electricum (EIS): Impedimentum pilae in senescente processu plerumque augetur, ducit ad tardius motu motuum, quae partim ex capacitate corrumpuntur. Causa impedimenti incrementi causatur a processibus physicis et chemicis intra machinam, ut incrementum in iacu resistentiae, quod maxime ob SEI in superficie anodae esse potest. Nihilominus, pugna impeditio, multis causis movetur et exemplar et analysis requirit per circulos aequipollentes.

(4) Visual inspectio, foto recordatio, et ponderatio etiam operationes solitae sunt ad batteries canus lithium-ion examinandum. Hae inspectiones quaestiones possunt revelare sicut deformatio externa vel lacus pilae, quae etiam senescentes mores vel defectum altilium causare possunt.

(5) Non perniciosa probatio pilae interioris, inter analysis X-radii, tomographiam X-ray computata, et tomographiam neutron. CT plura singularia ostendere possunt intra machinam, ut deformatio intra pilae senescentis, ut in figuris 3 et 4 ostensum est.

Figura 3 Exemplum characterisationis non perniciosae lithii-ionis gravidae. a) Imagines transmissionis X-radii gelata batteries volumine; b) Frontal CT scan prope terminum positivum pugnae 18650.

Figure 4 Axial CT scan ex 18650 altilium gelata deformis volvunt

1.2. Disassembling lithium-ion gravida certo SOC et moderata environment

Antequam disassembly, pila mandari vel emittere debet ad determinatum statum criminis (SOC). Ex prospectu tuto, commendatur alta missione ducere (usque ad missionem intentionis 0 V). Si brevis circuitus in disassemble processu incidit, profundus missio periculum scelerisque fugitivorum reducet. Sed profunda missio potest causare mutationes materiales inutiles. Itaque, in pluribus, pugna ad SOC=0% ante disconsionem emissa est. Aliquando, ad investigationes proposita, potest etiam considerare disgregationem gravidarum in parva quantitate rei publicae constituendae.

Pugna disgregatio plerumque exercetur in ambitu moderato ad minuendum impulsum aeris et umoris, sicut in cella siccitate vel cistae chirothecae.

1.3. Lithium Ion altilium disassembly ratio et componentis separationem

Per processum disassemble in altilium, necesse est breves ambitus externos et internos vitare. Post disassembly, positivam, negativam, diaphragma, et electrolyticum separa. Processus disassemble specificae non iteratur.

1.4. Post processui disassembled altilium exempla

Postquam partes pilae separatae sunt, specimen electrolyti typici solventis (ut DMC) lavatur ad removendum quodlibet solventes residuales LiPF6 vel non volatiles quae possunt adesse, quae etiam corrosionem electrolytici minuere possunt. Nihilominus, processus emundationis etiam eventus testium subsequentium afficere potest, ut lavatio quae in amissione partium SEI specificarum proveniat, et DMC lotio quae removet materiam insulationis depositae in superficie graphite post senescit. Ex experientia auctoris, plerumque necessarium est bis lavare cum puro solvendo pro circiter 1-2 minuta ad removendum vestigium Li salia e sample. Omnes praeterea analyses disassemble semper eodem modo lavantur ad comparandos proventus obtinendos.

Analysis ICP-OES activae materiae electrode raso uti potest, et haec curatio mechanica compositionem chemicam non mutat. XRD adhiberi potest etiam ad electrodes vel pulveris materiae spargi, at particula orientationis in electrodes praesentem et iacturam huius orientationis differentiam in pulvere abraso ad differentias in apicem virium ducere potest.

Rimas in materia activa perscrutando, transversalis sectionis totius altilium lithii-ion parari potest (ut in fig. 4). Post pilam incisam, electrolyticus sublatus est, et tunc specimen per epoxy resinae et metallographica poliendi vestigia praeparatur. Comparata ad CT imaginatio, detectio altilium crucis-sectionis effici potest utens microscopio optica, trabis ion (FIB) positis, et microscopio electronico scandens, signanter altiorem solutionem pro certae pilae partibus praebens.

2. Physica et chemica analysis materiae cum altilium disassembly

Instar 5 analyseos propositum ostendit gravidarum praecipuarum ac congruentem methodi analyseos physicae et chemicae. Exempla probata ex anodes, cathodes, separatores, collectores, vel electrolytici venire possunt. Exempla solida ex diversis partibus sumi possunt: ​​electrode superficiei, corporis et sectionis transversalis.

Figure 5 Interna components et physicochemica ratiocinatio methodi lithii-ion batteries

Analysis specifica methodus in Figura VI ostenditur

(1) Microscopium opticum (Figura 6a).

(2) Scanning microscope (SEM, Figure 6b).

(3) Transmissio microscopii electronici (TEM, Figure 6 c).

(4) Energy spectroscopia dispersiva X-radii (EDX, Figure 6d) typice adhibenda est cum SEM coniunctione ut notitias de compositione chemicae exempli haberemus.

(5) X spectroscopia photoelectron-radius (XPS, Figure 6e) analysin et determinatio status oxidationis et ambitus chemicorum omnium elementorum (exceptis H et He). XPS superficies sensitiva est et in particulas superficiebus mutationes chemicas distinguere potest. XPS coniungi potest cum ion putris ad profile profunditatem obtinendam.

(6) Inductum plasma emissionis spectroscopiae (ICP-OES, Figura 6f) copulata adhibetur ad compositionem elementalem electrodes determinare.

(7) Globus emissio spectroscopii (GD-OES, Figure 6g), analysis profunditas analysin elementalem specimen praebet, putris et lumen visibile emissum a putris particulis in plasmate excitatum. Dissimiles modos XPS et SIMS, GD-OES alta analysis non limitatur ad vicinitatem superficiei particulae, sed e superficie ad collectorem enucleari potest. Ergo GD-OES altiorem informationem ab superficie electrode usque ad volumen electrode format.

(8) Fourier spectroscopium infrarubrum transformat (FTIR, Figure 6h) commercium inter specimen et radiorum ultrarubrum ostendit. Data summa solutionis simul in spectris delectis colligitur, et spectrum ipsum creatum applicando Fourieriani transformandi ad signum ad resolvendas proprietates chemicae exempli. FTIR tamen compositum quantitatis resolvere non potest.

(9) Ion massa secundaria spectrometriae (SIMS, Figure 6i) elementalem et hypotheticam superficiei materialis compositionem insignit, et superficies ars sensitivum adiuvat ut proprietates electronicorum accumsan passivationis vel efficiens in materias collectas et electrode designet.

(10) Resonantia magnetica nuclei (NMR, Figure 6j) materias et compositas solidis et solvendo dilutis distinguere potest, dum non solum informationes chemicas et structurales, sed etiam informationes de onerariis et mobilitatibus, electronicis et magneticis proprietatibus ac thermodynamicis ac in motu possessiones.

(11) X-radius diffractio (XRD, Figura 6k) technologia vulgo adhibetur pro analysi structurarum materiarum activarum in electrodes.

(12) Praecipuum analyseos chromatographicae principium, ut in Figura 6l, demonstratum est, membra in mixtione separare ac deprehendere pro analysi electrolythi et gasi.

Figura 6 Schematica particularum schematismi in variis analysi modis detectis

3. Electrochemical Analysis of Recombinant Electrodes

3.1. Lithium coeundi medium altilium

Electrode post defectum electrochemice resolvi potest per reinstalling puga pila dimidia lithii. Duplex enim electrodes iactaret, unum latus liturae removendum est. Electrodes ex recentibus batteris consecuti, et quae ex vetustis gravida extractis convenerunt, eadem methodo utentes studuerunt. Probatio electronica reliquas (vel reliquas) capacitatem electrodum et facultatem convertendi modum obtinere potest.

Pro batteries negativo/lithium, primus test electrochemicus debet removere lithium ab electrode negativo. Pro batteries positivo/lithium, prima probatio debet dimittere lithium in electrode positivo pro lithio. Facultas respondens reliqua est capacitas electrodis. Ad facultatem convertibilem obtinendam, electrode negativo in dimidia pugna denuo lithiated, dum positivus electrode delituit.

3.2. Referre electrodes restituo totam pugna

Construe machinam integram utentes anode, cathode, et additamento electrode (RE) ad obtinendum potentiam anodi et cathodae in emissione et missione.

In summa, unaquaeque methodus physicochemica analysis modo specificas notiones lithii ion degradationis observare potest. Figura 7 speculatio functionum analyseos physicae et chemica methodi pro materiis cum gravida lithii-ion disassemble praebet. In verbis detectis specificas machinas senescentis, viridis in tabula indicat modum bonam facultatem habere, aurantiacus indicat modum limitatae facultatum habere, et rubrum indicat facultatem nullam habere. Ex Figura 7, patet varias methodos analysin amplas facultates habere, sed nemo methodus omnes senescentes mechanismos comprehendere potest. Ideo commendatur variis methodis analysi complementariis adhibitis ad exemplaria pervestiganda ut comprehendendo mechanismum senescit lithium-ion gravida.

Figure 7 Overview deprehensionis et analysis methodi facultatum

Waldmann, Thomas, Iturrondobeitia, Amaia, Kasper, Michael, et al. Recognoscendi-Post Mortem Analysis Veterum Lithium-Ion Batteries: Disassembly Methodology and Physico-Chemical Analysis Techniques[J]. Acta Societatis Electrochemicae, 2016, 163(10):A2149-A2164.