Влияние цикла низких температур на производительность аккумулятора 18650

В процессе использования литиевая батарея будет находиться в другой среде. Например, зимой на севере Китая температура часто опускается от 0 ℃ до 10 ℃. Когда температура заряда и разряда батареи падает ниже 0 ℃, заряд и разрядка литиевой батареи, а также напряжение резко снижаются. Это связано с тем, что скорость миграции ионов лития уменьшилась в электролите, SEI, частицах графита при низкой температуре. Такая суровая холодная среда приводит к осаждению металлического лития с большой удельной поверхностью.

Высокая удельная поверхность осаждения лития является механизмом отказа литиевой батареи в наиболее важных причинах, но также приводит к безопасности батареи является важной проблемой. Это потому, что он имеет большую площадь поверхности, в частности, металлический литий был особенно активным горючим, высокая площадь поверхности дендритного лития - немного влажного воздуха, который может гореть.

С повышением емкости аккумуляторной батареи электромобиля, диапазон подъема, а также доля рынка электромобилей постоянно улучшаются, предъявляя все более высокие требования к безопасности электромобилей. В условиях низкой температуры, мощность аккумулятора Какие характеристики изменится? Какие аспекты безопасности следует отметить?

1. 1. 8650 эксперимент с низкотемпературным циклом и анализ батареи отдельно

Аккумуляторная батарея will18650 (2,2 A, NCM523 / графит) под определенным механизмом зарядки и разрядки при цикле моделирования низкой температуры 0 ℃. Механизм зарядки и разрядки: CC - зарядка CV, коэффициент зарядки 1 C, напряжение отключения заряда 4,2 В, ток отключения зарядки 0,05 C, CC после разряда до 2,75 В. Поскольку батареи SOH 70 % - 80% определяется как завершение состояния батареи (EOL). В этом эксперименте выбирается SOH - 70% при окончании использования батареи. При условии, что приведенная выше кривая цикла батареи, как показано на рисунке 1 (a), основанная на цикле после батареи и полюсного наконечника батареи, а не анализа диафрагмы LiMASNMR, результаты химического сдвига показаны на рисунке 1 (b).

640.webp.jpg

Рисунок 1. Кривая клеточного цикла и анализ LiMASNMR.

Цикл перед несколькими циклами емкости при небольшом повышении температуры, затем устойчивое снижение, менее 50 циклов SOH упал до менее чем 70%. Частично после тестирования батарея обнаружила, что поверхность отрицательного полюса со слоем серебряного материала, угадайте для металлического лития в обращении после осаждения на поверхность анодных материалов. С помощью двух экспериментальных анализов контрастности LiMASNMR батареи результат, показанный на рисунке b, также дополнительно подтвержден.

Существует широкий пик в 0 частей на миллион, иллюстрирующий наличие лития в SEI, циркуляция после того, как батарея появилась, второй пик в 255 частей на миллион, вероятно, будет осаждением металлического лития при формировании поверхности анодных материалов. Для того, чтобы дополнительно подтвердить, есть ли дендрит лития при наблюдении с помощью SEM, результат показан на рисунке 2.

640.webp (1) .jpg

Рисунок 2. Результаты анализа SEM.

Сравнивая и b на рисунке, можно увидеть, что диаграмма b имеет толстый слой материала, но этот материал еще не полностью покрывает частицы графита. СЭМ коэффициент дальнейшего усиления, обратите внимание на рисунок D, чтобы увидеть толстый тонкий листовой материал с иглой между материалами, этот материал может иметь высокую удельную поверхность лития (также часто говорят, что дендритный литий) .Кроме того, осаждение металлического лития является Чтобы расти в направлении диафрагмы, ее толщину можно наблюдать, сравнивая с толщиной графитового слоя.

Какая форма осадочного лития зависит от многих факторов. Такие как поверхность беспорядка, состояние зарядки, температура, плотность тока, добавки электролита, состав электролита, приложенное напряжение и так далее. Среди них в условиях низкотемпературного цикла и высокой плотности тока наиболее легко сформировать плотную высокую удельную поверхность из металлического лития.

2. Анализ термостойкости полюсного наконечника батареи.

Исследователи используют ТГА в полюсном наконечнике батареи, а не циркулируют после полюсного наконечника батареи, как показано на рисунке 3.

640.webp (2) .jpg

Рис. 3. Анализ ТГА отрицательного и положительного полюсов (ab отрицательный положительный)

Как видно из приведенного выше, неиспользованные электроды появляются соответственно в трех важных пиках Т материала 260 ℃, 450 ℃ и 725 ℃, в этих нескольких местах проявляется серьезная реакция разложения, испарения или сублимации. А после использования электродов при 33 ℃ и 200 ℃ очевидная потеря качества. Реакция разложения при низкой температуре вызывается разложением пленки SEI, что, конечно, также связано с такими факторами, как состав электролита. Высокая удельная поверхность осаждения металлического лития приводит к образованию большого количества пленки SEI на поверхности металлического лития в батарее при низкотемпературном цикле, что является одной из причин, по которой большое количество потерь качества.

СЭМ и циркуляция после эксперимента не могут увидеть каких-либо изменений в анодных материалах по морфологии, анализ ТГА показывает более высокую потерю качества при температуре выше 400 ℃. Эта потеря массы может быть вызвана уменьшением анодного материала лития. Как показано на рисунке 3 (b), по мере старения батареи скольжение постепенно снижает содержание Li в аноде. Потеря OH100 на 4,2%, положительный полюсный наконечник% SOH70, положительный полюсный наконечник потери массы 5,9%. В целом, после низкотемпературного цикла, независимо от положительного или отрицательного полюса, уровень потери качества увеличивается.

3. Анализ электрохимического старения электролита.

Влияние низкотемпературной окружающей среды на электролит аккумуляторной батареи определено методом ГХ / МС. Ячейки никогда не старели и извлекали образцы электролита после старения, результаты анализа ГХ / МС показаны на рисунке 4.

640.webp (3) .jpg

Рисунок 4. Результаты испытаний ГХ / МС и ПИД - МС.

Аккумуляторный электролит с не низкотемпературным циклом, содержащий DMC, EC и PC, а также FEC, PS, SN в качестве добавки для улучшения характеристик аккумулятора. В отсутствие циркуляции и циркуляции после батареи количество DMC, EC, PC является постоянным, линейный цикл после добавок электролита в SN (для ограничения разложения жидкого кислорода электролитического электролита высокого напряжения на аноде) уменьшается, поэтому положительный локальный заряд при низкой температуре Цикл является причиной. BS и FEC является пленкообразующей добавкой SEI и способствует формированию стабильного SEI, FEC также может улучшить стабильность цикла батареи и кулоновскую эффективность. SEI анода PS может повысить термическую стабильность. Как видно из рисунка, количество ФС не уменьшается при старении клеток. FEC резко снизился, SOH составлял 70%, даже FEC.SEI FEC исчез из-за непрерывного восстановления, и многократно восстанавливающееся SEI представляет собой непрерывное осаждение, вызванное на поверхности анода графита.

Клеточный цикл после того, как DMDOHC является основным продуктом электролита, синтез согласуется с образованием SEI. На рисунке 4. Большое количество DMDOHC означает большую площадь образования SEI.

4. Без анализа термостойкости батареи при низкотемпературном цикле.

В адиабатических условиях и в модели HWS o, а не в низкотемпературном цикле на батарее батареи и тесте ARC (ускоряющий калориметр) с низкотемпературной циркуляцией, от ARC - HWS экзотермическая реакция вызвана внутренней батареей и не имеет ничего общего с В зависимости от температуры внешней среды реакцию внутри аккумулятора можно разделить на три фазы, как показано в таблице 1.

640.webp (10) .jpg

В процессе термализации диафрагмы и взрыва батареи будет часть поглощения тепла, но эндотермический эффект термализации диафрагмы очень низок, так как весь SHR можно не учитывать. Первоначальная экзотермическая реакция от разложения SEI, а затем термическая, вызванная внедренным ионом лития, электрон может достичь поверхности графита, после чего восстанавливается электронное восстановление SEI. Термическая стабильность результата теста показана на рисунке 5.

640.webp (4) .jpg

640.webp (5) .jpg

Рисунок 5. Результат ARC - HWS SOC (a) 0%, (b) 50% SOC, (c) 100% SOC; Пунктирная линия для начальной температуры экзотермической реакции, начальной температуры теплового разгона и температуры теплового разгона

640.webp (6) .jpg

Рисунок 6. Результаты ARC - HWS объясняют: a. температура теплового разгона, начало наибольшего внутреннего диаметра, начальная температура теплового разгона начальная температура экзотермической реакции

Не низкотемпературный цикл начальная экзотермическая реакция батареи (OER) началась при 90 ℃, близко к линии до 125 ℃, и с уменьшением SOC указала, что OER чрезвычайно зависит от состояния иона лития в аноде. Для процесса разряда батареи реакция разложения среди самых высоких в SHR (поскольку скорость нагрева) составляет около 160 ℃, SHR уменьшается при высоких температурах, таким образом определяя интеркалирующее потребление иона лития в катоде.

Пока имеется достаточно литий-ионного анода, можно гарантировать разрушение SEI, и его можно восстановить. Термическое разложение материала анода может привести к выделению кислорода, окислительной реакции с электролитом, что в конечном итоге приведет к тепловому неуправлению. Под высоким SOC, материал анода в состоянии с высоким содержанием лития, в это время структура материала анода также является наиболее нестабильной. Как следствие, термическая стабильность батареи снижается, количество выделяемого кислорода увеличивается, между анодом и электролитом преобладает тепло реакции.

5. В процессе выделения энергии газа.

Анализируя циркуляцию после аккумулятора, можно увидеть, что в районе 32 ℃ SHR начинает расти по прямой линии. При выделении энергии в процессе получения газа в основном происходит реакция разложения, в первую очередь общей задачей является термическое разложение электролита.

Высокая удельная поверхность анодных материалов из металлического лития в поверхностных осадках может быть сформулирована с помощью следующего уравнения.

640.webp (7) .jpg

Cp в общественном для удельной теплоемкости, дельта T от имени реакции разложения в батарее тестов ARC с момента повышения температуры нагрева, вызванного комбинированным.

В эксперименте ARC не проверяется циркуляция между теплоемкостью батареи 30-120 ℃. Экзотермическая реакция произошла при 125 ℃, и аккумулятор в разряженном состоянии, нет никакой другой экзотермической реакции на возмущение. В этом эксперименте CP имеет линейную зависимость от температуры согласно следующему уравнению.

640.webp (8) .jpg

Количество энергии, выделяемой в реакции, может быть связано с теплоемкостью интеграла, каждая батарея при низкотемпературном тепловом старении может выделять 3,3 кДж. Энергия, выделяющаяся в процессе теплового разгона, не может работать.

6. Иглоукалывание.

Чтобы подтвердить эксперимент с коротким замыканием батареи из-за старения батареи, было проведено влияние эксперимента по акупунктуре. Результаты экспериментов показаны на рисунке ниже:

640.webp (9) .jpg

Иглоукалывание в результате, a находится в процессе температуры поверхности акупунктурной батареи, b может достичь температуры самого большого

На рисунке показано старение после завершения разряда батареи и новых батарей (SOC0%) после экспериментов с иглоукалыванием, небольшая разница всего 10 ℃ ~ 20 ℃. Для клеток после старения, в условиях адиабатики, 35 ℃ к ее Абсолютная температура материала T, это связано с материалом SHR 0,04 К / мин.

Не аккумулятор SOC старения был 50% после 30 секунд достижения максимальной температуры 120 ℃, выделение температуры джоулева тепла недостаточно для достижения этого, больше, чем количество тепловой диффузии SHR. Старение в SOC составило 50%, после того, как батарея имеет определенную задержку для теплового разгона, резко, когда игла в температуру батареи до 135 ℃. При температуре выше 135 ℃, увеличение SHR вызвало тепловой разгон батареи, температура поверхности батареи до 400 ℃.

Новый заряд батареи для экспериментов по иглоукалыванию - это другое явление, некоторые клетки напрямую выходят из-под контроля, температура поверхности некоторых клеток ниже 125 ℃, нет теплового разгона. Одна часть батареи прямого теплового разгона после иглы в батарею, температура поверхности достигла 700 ℃, плавление свинца в алюминиевую фольгу, через несколько секунд столбец расплавился от батареи, а затем загорелся из газа, в результате чего стал красным. Можно предположить, что два набора различных явлений появляются при 135 ℃ для расплавления диафрагмы, когда температура выше 135 ℃, диафрагма плавится и внутреннее короткое замыкание, выделяющее больше тепла, в конечном итоге приводит к тепловому разгоне. Для того, чтобы убедиться в этом вопросе, придется не разбирать тепловую разгонную батарею, а оценивать АСМ в диафрагме. Результат показывает, что произошло расплавление диафрагмы по обеим сторонам диафрагмы в исходном состоянии, но все же появилось на катодной стороне пористой структуры и не обнаружено на анодной стороне.

7. Подводя итоги

Аккумулятор 18650 под низкой температурой циркуляции, склонный к высокой удельной поверхности осаждения металлического лития, форма металлического лития связана с такими факторами, как плотность тока и напряжение. Чтобы не переключать аккумулятор и цикл низкой температуры одновременно после того, как аккумулятор для стабильности, например, экспериментальные исследования иглоукалывания, может вытягивать электролит, играет в нем важную роль. Низкотемпературный цикл внутри аккумуляторного электролита вызовет другую реакцию разложения, поэтому после низкотемпературного цикла батареи более нестабильны, а механическое злоупотребление повысит риски для безопасности.

Чтобы повысить безопасность батареи, необходимо уменьшить количество электролита и электрода, реакцию между электродом и поверхностью контакта электролита, что является важным содержанием исследования.

Страница содержит содержимое машинного перевода.