Краткий анализ низкотемпературного анализа литий-ионных аккумуляторов зимой

На производительность литий-ионных аккумуляторов сильно влияют кинетические характеристики. Поскольку Li + необходимо сначала десольватировать, когда он внедряется в графитовые материалы, он должен потреблять определенное количество энергии, что препятствует диффузии Li + в графит. Напротив, когда Li + извлекается из графитового материала и входит в раствор, сначала происходит процесс сольватации, и процесс сольватации не требует затрат энергии. Li + может быстро удалить графит, что приводит к тому, что графитовый материал плохо воспринимает заряд по сравнению с разрядом.

При низких температурах кинетика графитового отрицательного электрода ухудшается. Следовательно, очевидно, что электрохимическая поляризация отрицательного электрода усиливается во время процесса зарядки, что легко приводит к осаждению металлического лития на поверхности отрицательного электрода. ChristianvonLu из Технического университета Мюнхена, Германия Ders et al. показали, что при -2 ° C скорость заряда превышает C / 2, что значительно увеличивает количество осажденного металлического лития. Например, при скорости C / 2 количество лития на поверхности отрицательного электрода составляет около 5,5% от всей емкости заряда, но оно достигнет 9% при скорости 1C. Осажденный металлический литий может далее развиваться и в конечном итоге стать дендритом лития, который прорывается через сепаратор и вызывает короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами. Следовательно, необходимо избегать зарядки литий-ионного аккумулятора при низкой температуре. Когда аккумулятор необходимо заряжать при низкой температуре, необходимо выбрать небольшой ток, чтобы максимально зарядить литий-ионный аккумулятор, и полностью приостановить литий-ионный аккумулятор после зарядки, тем самым обеспечивая осаждение металлического лития из отрицательного заряда. электрод может вступить в реакцию с графитом и снова врастать внутрь графитового отрицательного электрода.

Вероника Зинт из Технического университета Мюнхена и другие использовали дифракцию нейтронов для изучения поведения литий-ионных аккумуляторов при -20 ° C. Нейтронная дифракция - 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 литий-ионных аккумуляторов.

В эксперименте VeronikaZinth использовала батарею NMC111 / графит 18650 для изучения поведения литий-ионной батареи при низкой температуре. Во время теста аккумулятор заряжался и разряжался, как показано на следующем рисунке.

На рисунке ниже показано изменение фазы отрицательного электрода на разных SoC во время зарядки со скоростью C / 30 во втором цикле зарядки. Видно, что при 30,9% SoC фаза отрицательного электрода состоит в основном из LiC12, Li1-XC18 и небольшого количества LiC6. Состав после того, как SoC превышает 46%, интенсивность дифракции LiC12 продолжает уменьшаться, в то время как прочность LiC6 продолжает расти. Однако даже если зарядка окончательно завершена, поскольку только 1503 мАч (нормальная емкость 1950 мАч) заряжается при низкой температуре, LiC12 продолжает существовать в отрицательном электроде. Если зарядный ток снижен до C / 100, батарея все еще может получить емкость 1950 мАч при низкой температуре, что указывает на то, что снижение емкости литий-ионной батареи при низкой температуре в основном вызвано ухудшением кинетических условий.

На рисунке ниже показано изменение фазы отрицательного графита в процессе зарядки со скоростью C / 5 при низкой температуре -20 ° C. Видно, что фазовый переход графита значительно отличается от скорости зарядки C / 30. Из рисунка видно, что при SoC> 40% интенсивность фазы LiC12 аккумулятора значительно ниже при скорости зарядки C / 5, а интенсивность фазы LiC6 также значительно слабее, чем при скорости зарядки C / 30. . Показано, что при относительно высокой скорости C / 5 меньшее количество LiC12 непрерывно интеркалируется в литий и превращается в LiC6.

На следующем рисунке показано изменение фазы графитовых анодов при зарядке со скоростью C / 30 и C / 5 соответственно. Из рисунка видно, что обедненные литием фазы Li1-XC18 очень похожи для двух разных скоростей зарядки. Разница в основном отражается в двух фазах LiC12 и LiC6. Из рисунка видно, что тенденция изменения фазы анода в отрицательном электроде при двух скоростях зарядки относительно близка. Для фазы LiC12, когда емкость зарядки достигла 950 мАч (49% SoC), тенденция изменений стала проявляться иначе. При достижении 1100 мАч (56,4% SoC) фаза LiC12 при двух увеличениях начала показывать значительную разницу. Когда C / 30 заряжается с небольшой скоростью, скорость падения фазы LiC12 очень высокая, но скорость падения фазы LiC12 намного медленнее при скорости C / 5, что означает, что литиевые кинетические условия отрицательного электрода ухудшаются. при низкой температуре. Скорость, с которой LiC12 дополнительно интеркалируется с образованием фазы LiC6, снижается. Соответственно, фаза LiC6 растет очень быстро при небольшой скорости C / 30, но намного медленнее при скорости C / 5. Это показывает, что при скорости заряда C / 5 меньше лития внедряется в кристаллическую структуру графита, но интересно то, что емкость заряда батареи при скорости заряда C / 5 (1520,5 мАч) ниже, чем при скорости заряда C / 30 тариф заряда. Емкость (1503,5 мАч) выше, и лишний Li, который не встроен в графитовый отрицательный электрод, вероятно, выпадет в осадок на поверхности графита в виде металлического лития. Статический процесс после зарядки подтверждается и сбоку. маленький.

На рисунке ниже показана фазовая структура графитового отрицательного электрода после зарядки и после того, как он был оставлен на 20 часов. Можно видеть, что в конце зарядки фаза графитового отрицательного электрода сильно различается при двух скоростях зарядки. При большом коэффициенте C / 5 доля LiC12 в графитовом отрицательном электроде выше, а доля LiC6 ниже, но после выдержки в течение 20 часов разница между ними стала очень небольшой.

На рисунке ниже показано изменение фазы графитового анода во время 20-часового процесса хранения. Из рисунка видно, что, хотя фаза двух отрицательных электродов вначале все еще сильно различается, с увеличением времени выдержки два вида зарядки Фаза графитового отрицательного электрода при увеличении стала очень Закрыть. Во время процесса стеллажа LiC12 может непрерывно превращаться в LiC6, указывая на то, что Li останется внутри графита во время процесса стеллажа, и эта часть Li, вероятно, будет металлическим литием, осажденным на поверхности графитового анода при низкой температура. Дальнейший анализ показал, что степень интеркаляции лития графитового отрицательного электрода составляла 68% в конце зарядки при скорости C / 30, но степень интеркаляции лития увеличивалась до 71% после срока хранения и увеличивалась на 3%. В конце скорости C / 5 степень интеркаляции лития графитового отрицательного электрода составляла 58%, но она увеличилась до 70% после того, как был оставлен на 20 часов, и в целом улучшилось на 12%.

Вышеупомянутые исследования показали, что при зарядке при низкой температуре кинетические условия ухудшаются, что не только вызывает уменьшение емкости аккумулятора, но также вызывает снижение скорости введения лития в графит и осаждение металлического лития на поверхности. отрицательного электрода. Хотя после периода приостановки эта часть металлического лития также может быть снова внедрена в графит, но при фактическом использовании время хранения часто короткое, и нельзя гарантировать, что весь металлический литий может быть снова внедрен в графит. , что может привести к тому, что некоторое количество металлического лития останется в отрицательном электроде. Поверхность не только повлияет на емкость литий-ионной батареи, но также может вызвать образование дендритов лития, которые вредны для безопасности литий-ионной батареи. Следовательно, необходимо избегать зарядки литий-ионного аккумулятора при низкой температуре, и необходимо использовать его при низкой температуре, небольшом токе и после окончания зарядки, обеспечивая достаточное время выдержки для удаления металлического лития. графитового отрицательного электрода.

Страница содержит содержимое машинного перевода.