枝晶
關(guān)注創(chuàng)建者：侯二 創(chuàng)建時(shí)間：2021-04-06
枝晶的視頻教程
基于Karma模型的凝固過程中枝晶生長的相場模擬（保姆級(jí)教程）
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元胞自動(dòng)機(jī)法（CA法）在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)方法及編程技巧
學(xué)員在學(xué)習(xí)該課程后對(duì)于其后續(xù)使用元胞機(jī)法編寫如枝晶生長、再結(jié)晶等模擬程序具有啟發(fā)意義。 課程大綱為： 1. 元胞自動(dòng)機(jī)(CA)法基礎(chǔ)簡介 2. 以生命游戲?yàn)槔故揪幊谭椒八悸?3. 對(duì)本人采用CA法實(shí)現(xiàn)過的微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變模擬進(jìn)行展示，并對(duì)相關(guān)課程優(yōu)惠進(jìn)行簡介 4. 答疑
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枝晶的實(shí)例教程
等軸晶鐵液中生核，向熱流的方向長大。
鑄鐵中的奧氏體枝晶還具有不完整、不對(duì)稱的特征，各個(gè)枝晶、一個(gè)枝的各部位，生長的狀況都有差別。此外，也有在熱流作用下破損、缺失的部位。
表述奧氏體枝晶特點(diǎn)的主要參數(shù)是：二次枝晶的間距，枝晶的平均長度，枝晶的數(shù)量和方向性。
3、初生奧氏體枝晶對(duì)鑄鐵性能的影響
對(duì)于灰鑄鐵，初生奧氏體枝晶的數(shù)量是影響力學(xué)性能的重要因素，鑄鐵組織中枝晶所占的體積分?jǐn)?shù)提高，鑄鐵的強(qiáng)度隨之提高，交錯(cuò)、接搭的枝晶尤為有益。
對(duì)球墨鑄鐵，初生奧氏體枝晶的數(shù)量和枝晶間距，對(duì)石墨球的形態(tài)、尺寸和分布狀況都有重要的影響。例如：枝晶間距大，枝晶間就可以有較大的石墨球；枝晶間距小，就只能產(chǎn)生小石墨球，因?yàn)橐徊糠质蚴窃?em>枝晶間的鐵液中析出的。因此，為了更好地控制球墨鑄鐵的質(zhì)量，控制初生奧氏體的數(shù)量和形態(tài)也是很有必要的。
4、對(duì)初生奧氏體枝晶的控制
影響鑄鐵中初生奧氏體枝晶數(shù)量和形態(tài)的因素很多，如：原鐵液的化學(xué)成分、溫度，鐵液在鑄型中的冷卻速度、過冷度，孕育處理的作用等等。
鑄鐵的碳當(dāng)量是影響初生奧氏體枝晶數(shù)量的重要因素。碳當(dāng)量提高，奧氏體枝晶數(shù)量減少。在碳當(dāng)量相同的條件下，提高硅碳比（提高硅含量、相應(yīng)地降低碳含量），初生奧氏體枝晶的數(shù)量顯著增加。
原鐵液的溫度、鐵液在高溫下保持的時(shí)間、澆注后的冷卻速度、凝固過程中的過冷度等工藝因素，都會(huì)影響初生奧氏體的數(shù)量和形態(tài)，但是，在生產(chǎn)條件下，這些參數(shù)往往決定于多種工藝要求，由改變這些參數(shù)來控制初生奧氏體枝晶的自由度不大。
近十多年來，對(duì)初生奧氏體枝晶的研究逐漸加強(qiáng)了，孕育處理對(duì)初生奧氏體枝晶的影響也日益受到了關(guān)注。
基于單向性生核的觀點(diǎn)，過共晶鑄鐵中析出的初生石墨，當(dāng)然可以作為初生奧氏體枝晶析出的異質(zhì)晶核，實(shí)際情況也是如此。
展開 研究發(fā)現(xiàn)雖然LLZO和鋰的界面非常穩(wěn)定，但是枝晶鋰很容易沿著相界面和LLZO的缺陷／空隙處形成和生長,所以基于LLZO的固體電池容易短路。反之，LATP盡管和鋰直接接觸后，會(huì)發(fā)生反應(yīng)，但是兩者反應(yīng)生成的SEI膜能夠阻礙連續(xù)鋰枝晶的生長、區(qū)域擴(kuò)展和鋰離子的擴(kuò)散。這樣基于LATP的固態(tài)電池實(shí)效主要是由于電池阻抗增大而斷路，但不會(huì)像LLZO固體電池輕易的被短路。過去的分析方法是對(duì)循環(huán)LLZO和LATP顆粒，采用DFT模擬確認(rèn)LLZO和Li界面的穩(wěn)定性，但是LATP中的Ti4 +和Ge4+在與Li的反應(yīng)過程中部分地減少、形成“SEI”膜，能夠防止鋰枝晶進(jìn)一步的生長。本文研究了原位鋰和固態(tài)電解質(zhì)的界面（SEI）膜阻礙鋰枝晶生長的作用。如果在穩(wěn)定的LLZO隔膜孔隙里填充痕量的液體電解質(zhì)，這些液態(tài)電解液可以很快和長過來的鋰枝晶反應(yīng)，生成SEI來抑制鋰的進(jìn)一步迅速生長（相對(duì)于SEI毫無遮擋表面而言），從而延遲短路的到來。文章進(jìn)一步提出，簡單的用打磨的方法將Si納米顆粒填充LLZO粒料的表面微孔，這些Si也可以和鋰枝晶反應(yīng)生成類似于SEI的硅鋰合金（輕度嵌鋰），減緩鋰朝前繼續(xù)生長的傾向。并且由于Si和Li的反應(yīng)是可逆的，LLZO的對(duì)稱鋰電池循環(huán)次數(shù)大幅度提高。最重要的是，使用Si填充LLZO隔膜，揭示了LLZO固態(tài)電解質(zhì)和鋰之間的所需要的理想的SEI膜性質(zhì)即可逆性，對(duì)消除鋰枝晶不斷生長的重要性，對(duì)加速固態(tài)電池發(fā)展具有重要意義。
【團(tuán)隊(duì)介紹】
肖婕同時(shí)任職于阿肯色大學(xué)和西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室。肖老師在阿肯色大學(xué)的課題組，以經(jīng)典電化學(xué)方法理解電化學(xué)儲(chǔ)能，同時(shí)包括醫(yī)療電池和特種電池開發(fā)。肖老師同時(shí)也在西北太平洋國家室?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于下一代鋰電池的研發(fā)。楊老師在華盛頓大學(xué)的團(tuán)隊(duì)集中在熱電材料和能源材料的開發(fā)，近年來?xiàng)畹膱F(tuán)隊(duì)在合成高性能固體電解質(zhì)方面有很大的進(jìn)展。
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與傳統(tǒng)的表面擴(kuò)散/沉積機(jī)制不同，這種原子通道可以有效緩解由非均勻表面沉積引起的枝晶問題，實(shí)現(xiàn)快速的體擴(kuò)散。
將新型負(fù)極材料與高載荷LiFePO 4（LFP）正極配對(duì)，可實(shí)現(xiàn)3.9 mAh cm -2的高面容量，并可在370次循環(huán)中100%保持容量。
研究人員表示，體擴(kuò)散策略提供了不同于傳統(tǒng)表面擴(kuò)散的新視角，并將拓展對(duì)超密度鋰擴(kuò)散的認(rèn)識(shí)，也重新定義了抑制鋰枝晶的研究。
-END-
基于上述情況，本工作首次創(chuàng)造性地采用RbNO3作為電解液添加劑，與一般的單一有效離子（陰離子或陽離子）不同，RbNO3能協(xié)同陰陽離子的作用，達(dá)到優(yōu)異的抑制鋰枝晶生長的效果。具體而言，一方面，鋰離子傾向于以高電流密度沉積在電極表面，以促進(jìn)鋰枝晶不受控制的生長，而低濃度的銣離子（Rb+）比Li+具有更低的還原電位，可以優(yōu)先富集形成“靜電屏蔽效應(yīng)”，并通過“電荷排斥效應(yīng)”促進(jìn)鋰離子在電極其他部位均勻沉積；另一方面，NO3?可參與鋰離子溶劑化鞘層的形成，在金屬鋰表面形成含有LiNxOy和Li3N的高導(dǎo)電性SEI層。這種添加劑具有調(diào)節(jié)鋰離子沉積形態(tài)的功能，并進(jìn)一步避免鋰枝晶的形成。
此外，低含量的RbNO3添加劑還可以通過防止溶劑和鋰鹽在NCM811表面持續(xù)分解來穩(wěn)定循環(huán)性能，從而提高放電容量、庫侖效率和容量保持率。因此，RbNO3可作為一種簡單有效的添加劑，通過協(xié)同陰陽離子配位，以較低的添加劑用量實(shí)現(xiàn)無鋰枝晶NCM811鋰金屬電池體系。
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枝晶的最新內(nèi)容
AnsysWB-焊錫球中的電遷移5個(gè)月前
金屬原子的物質(zhì)傳輸可能會(huì)形成凸起、枝晶和空洞，這些都會(huì)導(dǎo)致電路的電氣故障。
影響電遷移的特性高度依賴于溫度，并且所涉及的四個(gè)領(lǐng)域——結(jié)構(gòu)、電學(xué)、熱學(xué)和擴(kuò)散——在許多方面相互關(guān)聯(lián)。例如，由于焦耳熱而驅(qū)動(dòng)的金屬擴(kuò)散以及電驅(qū)動(dòng)的金屬擴(kuò)散和熱膨脹會(huì)在導(dǎo)體中引起壓縮（反應(yīng)力），這可能會(huì)減緩甚至最終阻止電遷移。
comsol枝晶生長6個(gè)月前
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（如KGT模型）模擬晶粒的形核、競爭生長、枝晶臂的發(fā)展以及晶粒碰撞。
120萬臺(tái)充電寶召回！鋰電池隔膜如何保障安全“命門”？10個(gè)月前
意義：防止電池內(nèi)部枝晶刺穿隔膜導(dǎo)致短路，通常要求≥300 gf。
透氣性能檢測
Gurley值（透氣度）
測試方法：測量100 mL空氣通過隔膜所需時(shí)間（秒）。
標(biāo)準(zhǔn)范圍：常規(guī)隔膜Gurley值在200-500秒/100 mL，過低可能影響機(jī)械強(qiáng)度，過高則阻礙離子傳輸。
此外，固態(tài)電池在安全和能量密度方面具備顯著優(yōu)勢，其使用固態(tài)電解質(zhì)替代了液態(tài)鋰電池中的電解液和隔膜，具備不可燃、無腐蝕、無揮發(fā)、無漏液、可抑制鋰枝晶形成等特點(diǎn)，安全性較高。
同時(shí)，固態(tài)電池可使用鋰金屬作為負(fù)極以提高電池的能量密度，目前液態(tài)鋰電池能量密度的天花板是300Wh/kg，而固態(tài)鋰電池的理論能量密度是700Wh/kg，是液態(tài)鋰電池的2倍以上，更適用于eVTOL。
基于comsol的晶枝生長仿真
鋰
電池在低于 0℃的氣溫條件下充電，會(huì)使鋰離子無法順利完成負(fù)極嵌入，從而
造成析鋰，使電池產(chǎn)生不可逆的損壞，甚至可能因析鋰形成的鋰枝晶刺破電池
隔膜而出現(xiàn)短路燃燒。
（2） 在高溫條件下，鋰電池在 55℃以上的環(huán)境下以 1C 的充電速度連續(xù)充放電 50
次以上，電池容量明顯下降，電池壽命相應(yīng)縮短。
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如果溫度較低,充電速度過快,會(huì)使得鋰離子來不及進(jìn)入負(fù)極形成LiC化合物,則靠近負(fù)極的鋰離子就會(huì)俘獲電子而成為金屬鋰,并聚集形成鋰枝晶,鋰枝晶長大則可能刺破隔膜形成短路。
例如，鋰枝晶的生長演化、SEI膜的形成和破裂演化、正極顆粒在循環(huán)中的破裂、電池壽命預(yù)測、熱失控、以及電池組的電池狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測和管理等問題。這些問題涉及到電場、濃度場、力場和溫度場等多個(gè)物理場之間的耦合，很難通過單一的實(shí)驗(yàn)表征手段對(duì)各個(gè)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分別觀測，更難以給出多場耦合的綜合結(jié)果。
