Winter kom, kyk na die lae-temperatuur analise verskynsel van litium-ioon batterye

Die werkverrigting van litiumioonbatterye word grootliks beïnvloed deur hul kinetiese eienskappe. Omdat Li+ eers ontbind moet word wanneer dit in die grafietmateriaal ingebed is, moet dit 'n sekere hoeveelheid energie verbruik en die diffusie van Li+ in die grafiet belemmer. Inteendeel, wanneer Li+ uit die grafietmateriaal in die oplossing vrygestel word, sal die oplosproses eerste plaasvind, en die oplosproses vereis nie energieverbruik nie. Li+ kan die grafiet vinnig verwyder, wat lei tot 'n aansienlik swakker lading aanvaarding van die grafiet materiaal. In die ontslag aanvaarbaarheid .

By lae temperature het die kinetiese eienskappe van die negatiewe grafietelektrode verbeter en vererger. Daarom word die elektrochemiese polarisasie van die negatiewe elektrode aansienlik versterk tydens die laaiproses, wat maklik kan lei tot die neerslag van metaallitium op die oppervlak van die negatiewe elektrode. Navorsing deur Christian von Lüders van die Tegniese Universiteit van München, Duitsland, het getoon dat by -2°C die laaitempo C/2 oorskry, en die hoeveelheid metaallitium-neerslag word aansienlik verhoog. Byvoorbeeld, teen die C/2-tempo is die hoeveelheid litiumplatering op die opponerende elektrode-oppervlak omtrent die hele lading. 5.5% van die kapasiteit, maar sal 9% bereik onder 1C-vergroting. Die gepresipiteerde metaallitium kan verder ontwikkel en uiteindelik litiumdendriete word, wat deur die diafragma steek en kortsluiting van die positiewe en negatiewe elektrodes veroorsaak. Daarom is dit nodig om soveel as moontlik te vermy om die litium-ioonbattery by lae temperature te laai. Wanneer dit die battery teen 'n lae temperatuur moet laai, is dit noodsaaklik om 'n klein stroom te kies om die litium-ioonbattery soveel as moontlik te laai en die litium-ioonbattery volledig te stoor na laai om te verseker dat die metaallitium van die negatiewe elektrode neerslaan kan met grafiet reageer en weer in die negatiewe grafietelektrode ingebed word.

Veronika Zinth en ander van die Tegniese Universiteit van München het neutrondiffraksie en ander metodes gebruik om die litium-evolusiegedrag van litiumioonbatterye by 'n lae temperatuur van -20°C te bestudeer. Neutrondiffraksie was 'n nuwe opsporingsmetode in onlangse jare. In vergelyking met XRD, is neutrondiffraksie meer sensitief vir ligelemente (Li, O, N, ens.), so dit is baie geskik vir nie-vernietigende toetsing van litium-ioonbatterye.

In die eksperiment het VeronikaZinth die NMC111/grafiet 18650-battery gebruik om die litium-evolusiegedrag van litiumioonbatterye by lae temperature te bestudeer. Die battery word tydens die toets gelaai en ontlaai volgens die proses wat in die figuur hieronder getoon word.

Die volgende figuur toon die faseverandering van die negatiewe elektrode onder verskillende SoC's tydens die tweede laaisiklus by C/30-tempo-laai. Dit kan blyk dat by 30.9% SoC, die fases van die negatiewe elektrode hoofsaaklik LiC12, Li1-XC18, en 'n klein hoeveelheid LiC6 Samestelling is; nadat die SoC 46% oorskry, bly die diffraksie-intensiteit van LiC12 afneem, terwyl die krag van LiC6 aanhou toeneem. Maar selfs nadat die finale lading voltooi is, aangesien slegs 1503mAh by lae temperatuur gelaai word (die kapasiteit is 1950mAh by kamertemperatuur), bestaan ​​LiC12 in die negatiewe elektrode. Gestel die laaistroom word verminder tot C/100. In daardie geval kan die battery steeds 'n kapasiteit van 1950mAh by lae temperature verkry, wat daarop dui dat die afname in die krag van litium-ioonbatterye by lae temperature hoofsaaklik te wyte is aan die agteruitgang van kinetiese toestande.

Die figuur hieronder toon die faseverandering van grafiet in die negatiewe elektrode tydens laai volgens die C/5-tempo by 'n lae temperatuur van -20°C. Dit kan sien dat die faseverandering van grafiet aansienlik verskil in vergelyking met C/30-tarieflading. Dit kan uit die figuur gesien word dat wanneer SoC>40%, die fasesterkte van die battery LiC12 onder die C/5 laaitempo aansienlik stadiger afneem, en die toename van LiC6 fasesterkte ook aansienlik swakker is as dié van die C/30 hefkoers. Dit toon dat minder LiC5 teen 'n relatief hoë tempo van C/12 voortgaan om litium te interkaleer en na LiC6 omgeskakel word.

Die figuur hieronder vergelyk die faseveranderings van die negatiewe grafietelektrode wanneer dit onderskeidelik teen C/30- en C/5-tempo laai. Die figuur toon dat vir twee verskillende laaitempo's die litium-arm fase Li1-XC18 baie soortgelyk is. Die verskil word hoofsaaklik in die twee fases van LiC12 en LiC6 weerspieël. Dit kan uit die figuur gesien word dat die faseveranderingstendens in die negatiewe elektrode relatief naby is by die aanvanklike stadium van laai onder die twee laaitempo's. Vir die LiC12-fase, wanneer die laaikapasiteit 950mAh (49% SoC) bereik, begin die veranderende neiging anders lyk. Wanneer dit 1100mAh (56.4% SoC) kom, begin die LiC12-fase onder die twee vergrotings 'n aansienlike gaping toon. Wanneer teen 'n lae tempo van C/30 gelaai word, is die afname van die LiC12-stadium baie vinnig, maar die daling van die LiC12-fase teen die C/5-tempo is baie stadiger; dit wil sê, die kinetiese toestande van litiuminvoeging in die negatiewe elektrode versleg by lae temperature. , Sodat LiC12 verder interkaleer litium om LiC6 fase te genereer spoed verminder. Dienooreenkomstig neem die LiC6-fase baie vinnig toe teen 'n lae tempo van C/30 maar is baie stadiger teen 'n tempo van C/5. Dit wys dat teen die C/5-tempo meer petite Li in die kristalstruktuur van grafiet ingebed is, maar wat interessant is, is dat die battery se laaikapasiteit (1520.5mAh) by die C/5-laaitempo hoër is as dié by die C /30 laai koers. Die krag (1503.5mAh) is hoër. Die ekstra Li wat nie in die negatiewe grafietelektrode ingebed is nie, sal waarskynlik in die vorm van metaallitium op die grafietoppervlak neerslaan. Die staanproses na die einde van die laai bewys dit ook van die kant af - 'n bietjie.

Die volgende figuur toon die fasestruktuur van die negatiewe grafietelektrode na laai en nadat dit vir 20 uur gelaat is. Aan die einde van laai is die fase van die negatiewe grafietelektrode baie anders onder die twee laaitempo's. By C/5 is die verhouding van LiC12 in die grafietanode hoër, en die persentasie LiC6 is laer, maar nadat dit vir 20 uur gestaan ​​het, het die verskil tussen die twee minimaal geword.

Die figuur hieronder toon die faseverandering van die negatiewe grafietelektrode tydens die 20h bergingsproses. Dit kan uit die figuur sien dat alhoewel die fases van die twee opponerende elektrodes aan die begin nog baie verskil, soos die bergingstyd toeneem, die twee tipes laai Die stadium van die grafietanode onder die vergroting baie naby verander het. LiC12 kan voortgaan om omgeskakel te word na LiC6 tydens die rakproses, wat aandui dat Li sal voortgaan om in die grafiet ingebed te word tydens die rakproses. Hierdie deel van Li is waarskynlik metaalagtig litium presipiteer die oppervlak van die negatiewe grafiet elektrode by lae temperatuur. Verdere ontleding het getoon dat aan die einde van laai teen die C/30-tempo, die mate van litium-interkalasie van die negatiewe grafietelektrode 68% was. Tog het die graad van litium-interkalasie toegeneem tot 71% na rakke, 'n toename van 3%. Aan die einde van laai teen die C/5-tempo was die litium-invoegingsgraad van die negatiewe grafietelektrode 58%, maar nadat dit vir 20 uur gelaat is, het dit tot 70% toegeneem, 'n totale toename van 12%.

Bogenoemde navorsing toon dat wanneer daar by lae temperature gelaai word, die batterykapasiteit sal afneem as gevolg van die agteruitgang van die kinetiese toestande. Dit sal ook die litiummetaal op die oppervlak van die negatiewe elektrode presipiteer as gevolg van die afname in die grafietlitium-invoegtempo. Na 'n tydperk van berging kan hierdie deel van metaallitium egter weer in die grafiet ingebed word; in werklike gebruik is die raktyd dikwels kort, en daar is geen waarborg dat alle metaallitium weer in die grafiet ingebed kan word nie, so dit kan veroorsaak dat 'n mate van metaallitium in die negatiewe elektrode voortbestaan. Die litiumioonbattery se oppervlak sal die litiumioonbattery se kapasiteit beïnvloed en kan litiumdendriete produseer wat die veiligheid van die litiumioonbattery in gevaar stel. Probeer dus om te verhoed dat die litiumioonbattery by lae temperature gelaai word. Lae stroom, en na verstelling, verseker voldoende raktyd om die metaallitium in die negatiewe grafietelektrode uit te skakel.

Hierdie artikel verwys hoofsaaklik na die volgende dokumente. Die verslag word slegs gebruik om verwante wetenskaplike werke, klaskameronderrig en wetenskaplike navorsing bekend te stel en te hersien. Nie vir kommersiële gebruik nie. As jy enige kopieregkwessies het, voel asseblief vry om ons te kontak.

1. Gradeer vermoë van grafietmateriale as negatiewe elektrodes in litium-ioon kapasitors, Elektrochemica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2.Litiumplatering in litiumioonbatterye ondersoek deur spanningsverslapping en in situ neutrondiffraksie,Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Litiumplatering in litiumioonbatterye by sub-omgewingstemperature ondersoek deur in situ neutrondiffraksie, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles