Было проанализировано низкотемпературное осаждение литий-ионного аккумулятора.

На производительность литий-ионных аккумуляторов сильно влияют кинетические характеристики. Поскольку Li + должен быть растворен в первую очередь при внедрении в графитовый материал, он должен потреблять определенную энергию, которая предотвращает диффузию Li + в графит. Напротив, когда Li + выделяет графит и входит в раствор, он сначала подвергается процессу сольватации, который не требует потребления энергии. Li + может быстро диссоциировать графит, что приводит к тому, что зарядная способность графита значительно хуже, чем разрядная [1].

При низкой температуре кинетические свойства графитового анода становятся все хуже и хуже, поэтому электрохимическая поляризация анода явно усиливается в процессе зарядки, что легко приводит к осаждению металлического лития на поверхности анода. Кристиане фонлу из Мюнхенского технического университета в Германии. Дерс, исследования показали, что при -2 ℃, коэффициент зарядки более 2 ° C / возвращается, чтобы значительно увеличить количество осаждения металлического лития, например, соотношение C / 2, количество лития, покрывающего поверхность катода, около 5,5% от вся емкость заряда, но при 1С ставка достигнет 9% [2]. Осажденный металлический литий может далее развиваться и в конечном итоге стать дендритами лития, проникая через мембрану и вызывая короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами. Следовательно, нам нужно избегать зарядки литий-ионного аккумулятора при низкой температуре, когда аккумулятор должен находиться при низкотемпературной зарядке, необходимо, насколько это возможно, выбрать для зарядки литий-ионный аккумулятор с низким током и полностью приостановить заряд литий-ионного аккумулятора. , таким образом, обеспечивая катодное осаждение металлического лития, он может реагировать с графитом, чтобы внедрить графитовый анод внутрь.

Технический университет Мюнхена VeronikaZinth и другие исследовали с помощью дифракции нейтронов литий-ионный аккумулятор при анализе низкотемпературного поведения лития - 20 ℃. Метод нейтронной дифракции - новый метод обнаружения в последние годы. По сравнению с XRD, дифракция нейтронов более чувствительна к легким элементам (Li, O, N и т. Д.), Поэтому она очень подходит для неразрушающего контроля ионно-литиевых батарей.

В эксперименте VeronikaZinth использовала батарею NMC111 / графит 18650, чтобы изучить поведение литий-ионной батареи при выделении лития при низкой температуре. Во время теста аккумулятор заряжался и разряжался в соответствии с описанным ниже процессом.

На рисунке ниже показано изменение фазы отрицательного электрода при различных SoC во время второго цикла зарядки при C / 30 раз. Можно видеть, что фаза отрицательного электрода в основном состояла из LiC12, li1-xc18 и небольшого количества LiC6, когда SoC составляла 30,9% SoC. После того, как SoC превысила 46%, дифракционная сила LiC12 продолжала уменьшаться, в то время как прочность LiC6 продолжала расти. Однако даже когда зарядка была окончательно завершена, только 1503 мАч (емкость при комнатной температуре 1950 мАч) было заряжено при низкой температуре, поэтому LiC12 продолжал присутствовать в отрицательном электроде. Если зарядный ток снижен до C / 100, батарея все еще может достичь емкости 1950 мАч при низкой температуре, что указывает на то, что снижение емкости литий-ионной батареи при низкой температуре в основном вызвано плохими динамическими условиями.

Ниже для низких температур ниже -20 ℃, в соответствии с соотношением C / 5 в процессе зарядки, изменение фазы катодного графита, вы можете видеть, по сравнению со скоростью зарядки 30, изменение фазы C / графит имеет очевидное отличие, можно увидеть из На графике в SoC> 40% коэффициент зарядки аккумулятора C / 5 в фазе LiC12 уменьшается значительно медленнее, интенсивность фазы LiC6 увеличивается значительно слабее, чем коэффициент зарядки C / 30, это говорит о том, что при соотношении C / 5 относительно высокий, реже интеркалированный LiC12 непрерывно превращается в LiC6.

На рисунке ниже показано сравнение фазовых изменений графитового анода при зарядке при увеличении C / 30 и C / 5 соответственно. Из рисунка видно, что для двух разных кратностей зарядки li1-xc18 обедненной литиевой фазы очень похожи, и разница в основном отражается в фазах LiC12 и LiC6. Из рисунка видно, что тенденция изменения фазы отрицательного электрода относительно близка при двух кратных зарядках на начальной стадии зарядки. Для фазы LiC12, когда емкость зарядки достигла 950 мАч (49% SoC), тенденция изменений стала иной. Когда зарядная емкость достигла 1100 мАч (56,4% SoC), в фазе LiC12 при этих двух тарифах стала проявляться значительная разница. При зарядке с низкой скоростью C / 30 фаза LiC12 имела очень высокую скорость падения, но фаза LiC12 имела гораздо меньшую скорость падения при скорости C / 5. Соответственно, фаза LiC6 растет очень быстро при небольшом соотношении C / 30, но гораздо медленнее, чем C / 5. Это говорит о том, что при соотношении C / 5 меньше лития встроено в кристаллическую структуру графита, но интересно отметить коэффициент заряда C / 5 в зарядной емкости аккумулятора (мАч) 1520,5, а не 30, коэффициент зарядки C / емкость (мАч). 1503,5, но немного выше, чем больше не внедренный в графитовый анод в Li, вероятно, будет в форме металлического лития на осаждении поверхности графита, зарядный стенд с конца процесса сбоку также иллюстрирует этот момент.

На рисунке ниже представлена диаграмма фазовой структуры графитового отрицательного электрода после зарядки и после использования в течение 20 часов. Можно видеть, что в конце зарядки фаза графитового отрицательного электрода сильно различается при двух скоростях зарядки. При высоком отношении C / 5 соотношение LiC12 и LiC6 в графитовом отрицательном электроде было выше, но разница между ними стала очень небольшой через 20 часов.

На рисунке ниже показано изменение фазы графитового отрицательного электрода во время 20-часового процесса хранения. Как видно из рисунка, хотя вначале была большая разница между двумя фазами отрицательного электрода, с увеличением времени полки фазовый переход графитового отрицательного электрода при двух скоростях зарядки стал очень близким. . В процессе использования LiC12 также может непрерывно превращаться в LiC6, что указывает на то, что Li все еще был внедрен в графит в процессе использования, и эта часть Li, вероятно, была металлическим литием, осажденным на поверхности графитового анода при низкой температуре. Дальнейший анализ показывает, что в конце зарядки при C / 30 раз степень внедрения лития в графитовый отрицательный электрод составляет 68%, но после использования лития степень внедрения увеличилась до 71%, увеличившись на 3%. В конце зарядки при C / 5 раз степень заделки лития графитового отрицательного электрода составила 58%, но она увеличилась до 70% после использования в течение 20 часов, т.е. полное увеличение на 12%.

При зарядке исследование показало, что низкие колебания температуры из-за динамических условий не только вызывают снижение емкости батареи, но и потому, что скорость интеркалированного графита уменьшается, и осаждение на поверхности катода металлического лития, хотя после некоторого периода времени эта часть металлического лития также может быть снова внедрена в графит внутри, но при практическом использовании коротка по времени, не может гарантировать, что весь металлический литий может быть встроен во внутреннюю часть графита опять же, поэтому это может привести к тому, что металлический литий останется на поверхности катода, не только влияет на емкость литий-ионных аккумуляторов и может поставить под угрозу безопасность литий-ионных аккумуляторов, дендритов лития, поэтому, чтобы избежать зарядки литий-ионных аккумуляторов при низкой температуре, поскольку Насколько это возможно, необходимо использовать как можно меньший ток при зарядке при низкой температуре и обеспечить достаточное время ожидания после зарядки, чтобы удалить металлический литий с помощью графитового устройства. белый отрицательный электрод.

Страница содержит содержимое машинного перевода.