ឥទ្ធិពលដោយកម្រិតក្តៅនៃទីផ្សាររថយន្តអគ្គិសនី,ថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងជាធាតុផ្សំស្នូលមួយនៃយានជំនិះអគ្គិសនី ត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់ក្នុងកម្រិតដ៏អស្ចារ្យ។មនុស្សបានប្តេជ្ញាចិត្តក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍អាយុវែង ថាមពលខ្ពស់ ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង សុវត្ថិភាពល្អ។ក្នុងចំនោមពួកគេការថយចុះនៃថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងសមត្ថភាពពិតជាសក្តិសមសម្រាប់ការយកចិត្តទុកដាក់របស់មនុស្សគ្រប់គ្នា មានតែការយល់ដឹងពេញលេញអំពីហេតុផលសម្រាប់ការបន្ថយថ្ម លីចូម-អ៊ីយ៉ុង ឬយន្តការ ដើម្បីអាចចេញវេជ្ជបញ្ជាឱសថត្រឹមត្រូវដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហា សមត្ថភាពថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង ថាហេតុអ្វីបានជា ការថយចុះ?
ហេតុផលសម្រាប់ការថយចុះសមត្ថភាពនៃថ្ម lithium-ion
1. សម្ភារៈអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន
LiCoO2 គឺជាវត្ថុធាតុ cathode មួយដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាទូទៅ (ប្រភេទ 3C ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយ ហើយថ្មថាមពលមានមូលដ្ឋានលើ ternary និង lithium iron phosphate)។នៅពេលដែលចំនួនវដ្តកើនឡើង ការបាត់បង់អ៊ីយ៉ុងលីចូមសកម្ម រួមចំណែកកាន់តែច្រើនដល់ការបំផ្លាញសមត្ថភាព។បន្ទាប់ពី 200 វដ្ត LiCoO2 មិនបានឆ្លងកាត់ដំណាក់កាលផ្លាស់ប្តូរទេ ប៉ុន្តែជាការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ lamellar ដែលនាំឱ្យមានការលំបាកក្នុង Li+ de-embedding ។
LiFePO4 មានស្ថេរភាពរចនាសម្ព័ន្ធល្អ ប៉ុន្តែ Fe3+ នៅក្នុង anode រលាយ និងកាត់បន្ថយទៅជាលោហៈ Fe នៅលើ graphite anode ដែលបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើង anode polarization ។ជាទូទៅការរំលាយ Fe3+ ត្រូវបានរារាំងដោយការស្រោបនៃភាគល្អិត LiFePO4 ឬជម្រើសនៃអេឡិចត្រូលីត។
សមា្ភារៈ NCM ternary ① ការផ្លាស់ប្តូរអ៊ីយ៉ុងដែកនៅក្នុងការផ្លាស់ប្តូរលោហៈធាតុ cathode អុកស៊ីតកម្មមានភាពងាយស្រួលក្នុងការរលាយនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដូច្នេះការដោះលែងនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតឬការដាក់ប្រាក់នៅលើផ្នែកអវិជ្ជមានបណ្តាលឱ្យ attenuation សមត្ថភាព;② នៅពេលដែលវ៉ុលខ្ពស់ជាង 4.4V ទល់នឹង Li+/Li ការផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធនៃសម្ភារៈ ternary នាំទៅរកការថយចុះសមត្ថភាព។③ ជួរចម្រុះ Li-Ni ដែលនាំទៅដល់ការស្ទះនៃបណ្តាញ Li+ ។
មូលហេតុចម្បងនៃការថយចុះសមត្ថភាពនៅក្នុងអាគុយលីចូម-អ៊ីយ៉ុងដែលមានមូលដ្ឋានលើ LiMnO4 គឺ 1. ដំណាក់កាលដែលមិនអាចត្រឡប់វិញបាន ឬការផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធដូចជា Jahn-Teller aberration;និង 2. ការរំលាយ Mn នៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត (វត្តមានរបស់ HF នៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត) ប្រតិកម្មមិនសមាមាត្រ ឬការថយចុះនៅ anode ។
2. សមា្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន
ការបង្កើតទឹកភ្លៀងលីចូមនៅលើចំហៀង anode នៃ graphite (ផ្នែកនៃលីចូមក្លាយជា "លីចូមស្លាប់" ឬបង្កើតលីចូម dendrites) នៅសីតុណ្ហភាពទាប ការសាយភាយលីចូមអ៊ីយ៉ុងថយចុះយ៉ាងងាយស្រួលនាំឱ្យទឹកភ្លៀងលីចូម ហើយទឹកភ្លៀងលីចូមក៏ងាយនឹងកើតមានផងដែរ។ នៅពេលដែលសមាមាត្រ N/P ទាបពេក។
ការបំផ្លិចបំផ្លាញនិងការរីកលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្ត SEI ម្តងហើយម្តងទៀតនៅផ្នែកខាង anode នាំឱ្យមានការថយចុះនៃលីចូមនិងការកើនឡើងនៃបន្ទាត់រាងប៉ូល។
ដំណើរការម្តងហើយម្តងទៀតនៃការបង្កប់ / ដកលីចូមនៅក្នុង anode ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនអាចនាំឱ្យមានការពង្រីកបរិមាណនិងការបំបែកនៃភាគល្អិតស៊ីលីកុនយ៉ាងងាយស្រួល។ដូច្នេះសម្រាប់ anode ស៊ីលីកុន វាមានសារៈសំខាន់ជាពិសេសក្នុងការស្វែងរកវិធីទប់ស្កាត់ការពង្រីកបរិមាណរបស់វា។
3. អេឡិចត្រូលីត
កត្តានៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតដែលរួមចំណែកដល់ការថយចុះសមត្ថភាពថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងរួមមាន៖
1. ការរលាយនៃសារធាតុរំលាយ និងអេឡិចត្រូលីត (ការបរាជ័យធ្ងន់ធ្ងរ ឬបញ្ហាសុវត្ថិភាពដូចជាការផលិតឧស្ម័ន) សម្រាប់សារធាតុរំលាយសរីរាង្គ នៅពេលដែលសក្តានុពលអុកស៊ីតកម្មធំជាង 5V ទល់នឹង Li+/Li ឬសក្តានុពលកាត់បន្ថយគឺទាបជាង 0.8V (វ៉ុលបំបែកអេឡិចត្រូលីតផ្សេងគ្នាគឺ ខុសគ្នា) ងាយរលាយ។សម្រាប់អេឡិចត្រូលីត (ឧទាហរណ៍ LiPF6) វាងាយស្រួលក្នុងការរលួយនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (លើសពី 55 ℃) ដោយសារតែស្ថេរភាពមិនល្អ។
2. នៅពេលដែលចំនួនវដ្តកើនឡើង ប្រតិកម្មរវាងអេឡិចត្រូលីត និងអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមានកើនឡើង ដែលធ្វើឲ្យសមត្ថភាពផ្ទេរម៉ាស់ចុះខ្សោយ។
4. Diaphragm
ដ្យាក្រាមអាចរារាំងអេឡិចត្រុង និងបំពេញការបញ្ជូនអ៊ីយ៉ុង។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សមត្ថភាពរបស់ diaphragm ក្នុងការដឹកជញ្ជូន Li+ ត្រូវបានកាត់បន្ថយនៅពេលដែលរន្ធ diaphragm ត្រូវបានរារាំងដោយផលិតផល decomposition នៃ electrolyte ជាដើម ឬនៅពេលដែល diaphragm រួញនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ឬនៅពេលដែល diaphragm មានអាយុ។លើសពីនេះទៀតការបង្កើតលីចូម dendrites ទម្លុះ diaphragm ដែលនាំឱ្យមានសៀគ្វីខ្លីខាងក្នុងគឺជាហេតុផលចម្បងសម្រាប់ការបរាជ័យរបស់វា។
5. ការប្រមូលសារធាតុរាវ
មូលហេតុនៃការបាត់បង់សមត្ថភាពដោយសារតែអ្នកប្រមូលជាទូទៅគឺការច្រេះរបស់អ្នកប្រមូល។ទង់ដែងត្រូវបានគេប្រើជាអ្នកប្រមូលអវិជ្ជមានព្រោះវាងាយស្រួលក្នុងការកត់សុីក្នុងសក្តានុពលខ្ពស់ខណៈពេលដែលអាលុយមីញ៉ូមត្រូវបានគេប្រើជាអ្នកប្រមូលវិជ្ជមានព្រោះវាងាយស្រួលក្នុងការបង្កើតជាយ៉ាន់ស្ព័រអាលុយមីញ៉ូមជាមួយលីចូមក្នុងសក្តានុពលទាប។នៅក្រោមវ៉ុលទាប (ទាបរហូតដល់ 1.5V និងខាងក្រោមការបញ្ចេញលើសពី) ទង់ដែងអុកស៊ីតកម្មទៅ Cu2+ នៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតនិងប្រាក់បញ្ញើលើផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានរារាំងការបង្កប់នៃលីចូមដែលនាំឱ្យមានការថយចុះសមត្ថភាព។ហើយនៅផ្នែកវិជ្ជមានគឺការលើសចំណុះនៃថ្មបណ្តាលឱ្យមានស្នាមប្រេះនៃអ្នកប្រមូលអាលុយមីញ៉ូម ដែលនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃភាពធន់ខាងក្នុង និងការបន្ថយសមត្ថភាព។
6. កត្តាសាកនិងការបញ្ចេញ
មេគុណការសាកនិងការបញ្ចេញទឹកច្រើនពេកអាចនាំឱ្យមានការបន្ថយសមត្ថភាពលឿននៃថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុង។ការកើនឡើងនៃមេគុណនៃបន្ទុក/ការបញ្ចោញ មានន័យថា ភាពធន់ប៉ូលនៃថ្មកើនឡើងទៅតាមនោះ ដែលនាំឱ្យមានការថយចុះនៃសមត្ថភាព។លើសពីនេះ ភាពតានតឹងដែលបណ្ដាលមកពីការសាយភាយដែលបង្កើតឡើងដោយការបញ្ចូលថ្ម និងការបញ្ចោញក្នុងអត្រាគុណខ្ពស់នាំឱ្យបាត់បង់សារធាតុសកម្ម cathode និងពន្លឿនភាពចាស់នៃថ្ម។
នៅក្នុងករណីនៃការបញ្ចូលថ្មលើស និងបញ្ចេញថាមពលលើស អេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានងាយនឹងទឹកភ្លៀងលីចូម អេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន យន្តការដកលីចូមហួសប្រមាណដួលរលំ ហើយការបំបែកអុកស៊ីតកម្មនៃអេឡិចត្រូលីត (ការកើតឡើងនៃអនុផល និងការផលិតឧស្ម័ន) ត្រូវបានពន្លឿន។នៅពេលដែលថ្មត្រូវបានរំសាយចេញ បន្ទះទង់ដែងទំនងជារលាយ (រារាំងការបំប្លែងសារធាតុលីចូម ឬបង្កើតទង់ដែងដោយផ្ទាល់) ដែលនាំឱ្យខូចសមត្ថភាព ឬថ្មខ្សោយ។
ការសិក្សាយុទ្ធសាស្ត្រសាកថ្ម បានបង្ហាញថា នៅពេលដែលវ៉ុលកាត់ផ្តាច់ការសាកគឺ 4V នោះ ការបន្ថយវ៉ុលកាត់ការសាកបានត្រឹមត្រូវ (ឧ. 3.95V) អាចធ្វើអោយអាយុកាលរបស់ថ្មប្រសើរឡើង។វាក៏ត្រូវបានបង្ហាញផងដែរថាការសាកថ្មលឿនទៅ 100% SOC ខូចលឿនជាងការសាកលឿនទៅ 80% SOC ។លើសពីនេះទៀត Li et al ។បានរកឃើញថា ទោះបីជាការលោតអាចបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការសាកថ្មក៏ដោយ ភាពធន់ខាងក្នុងនៃថ្មនឹងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ហើយការបាត់បង់សារធាតុសកម្មអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានគឺធ្ងន់ធ្ងរ។
7. សីតុណ្ហភាព
ឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពលើសមត្ថភាពរបស់ថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងក៏សំខាន់ខ្លាំងណាស់។នៅពេលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ក្នុងរយៈពេលយូរ វាមានការកើនឡើងនៃប្រតិកម្មចំហៀងនៅក្នុងថ្ម (ឧទាហរណ៍ ការរលាយនៃអេឡិចត្រូលីត) ដែលនាំឱ្យបាត់បង់សមត្ថភាពដែលមិនអាចត្រឡប់វិញបាន។នៅពេលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពទាបសម្រាប់រយៈពេលយូរ ភាពធន់សរុបនៃថ្មកើនឡើង (ចរន្តអេឡិចត្រូលីតថយចុះ ភាពធន់នឹង SEI កើនឡើង និងអត្រានៃប្រតិកម្មគីមីអគ្គិសនីថយចុះ) ហើយទឹកភ្លៀងលីចូមពីថ្មងាយនឹងកើតឡើង។
ខាងលើគឺជាហេតុផលចម្បងសម្រាប់ការរិចរិលសមត្ថភាពថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង តាមរយៈការណែនាំខាងលើ ខ្ញុំជឿថាអ្នកមានការយល់ដឹងអំពីមូលហេតុនៃការថយចុះសមត្ថភាពថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ២៤-កក្កដា-២០២៣