Musim sejuk akan datang, lihat fenomena analisis suhu rendah bateri litium-ion

Prestasi bateri litium-ion banyak dipengaruhi oleh ciri kinetiknya. Oleh kerana Li+ perlu dilarutkan terlebih dahulu apabila ia tertanam dalam bahan grafit, ia perlu menggunakan sejumlah tenaga dan menghalang resapan Li+ ke dalam grafit. Sebaliknya, apabila Li+ dilepaskan daripada bahan grafit ke dalam larutan, proses pelarutan akan berlaku terlebih dahulu, dan proses pelarutan tidak memerlukan penggunaan tenaga. Li+ boleh mengeluarkan grafit dengan cepat, yang membawa kepada penerimaan caj yang lebih lemah daripada bahan grafit. Dalam penerimaan pelepasan .

Pada suhu rendah, ciri kinetik elektrod grafit negatif telah bertambah baik dan menjadi lebih teruk. Oleh itu, polarisasi elektrokimia elektrod negatif dipergiatkan dengan ketara semasa proses pengecasan, yang dengan mudah boleh membawa kepada pemendakan litium logam pada permukaan elektrod negatif. Penyelidikan oleh Christian von Lüders dari Universiti Teknikal Munich, Jerman, telah menunjukkan bahawa pada -2°C, kadar caj melebihi C/2, dan jumlah pemendakan litium logam meningkat dengan ketara. Sebagai contoh, pada kadar C/2, jumlah penyaduran litium pada permukaan elektrod bertentangan adalah kira-kira keseluruhan cas. 5.5% daripada kapasiti tetapi akan mencapai 9% di bawah pembesaran 1C. Litium logam termendak boleh berkembang lebih jauh dan akhirnya menjadi dendrit litium, menembusi diafragma dan menyebabkan litar pintas elektrod positif dan negatif. Oleh itu, adalah perlu untuk mengelak daripada mengecas bateri litium-ion pada suhu rendah sebanyak mungkin. Apabila ia mesti mengecas bateri pada suhu rendah, adalah penting untuk memilih arus kecil untuk mengecas bateri litium-ion sebanyak mungkin dan menyimpan sepenuhnya bateri litium-ion selepas mengecas untuk memastikan Litium logam termendak daripada elektrod negatif boleh bertindak balas dengan grafit dan tertanam semula dalam elektrod grafit negatif.

Veronika Zinth dan lain-lain Universiti Teknikal Munich menggunakan pembelauan neutron dan kaedah lain untuk mengkaji tingkah laku evolusi litium bateri litium-ion pada suhu rendah -20°C . Difraksi neutron telah menjadi kaedah pengesanan baru dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Berbanding dengan XRD, pembelauan neutron lebih sensitif kepada unsur cahaya (Li, O, N, dll.), jadi ia sangat sesuai untuk ujian tidak merosakkan bateri lithium-ion.

Dalam eksperimen, VeronikaZinth menggunakan bateri NMC111/grafit 18650 untuk mengkaji tingkah laku evolusi litium bateri litium-ion pada suhu rendah. Bateri dicas dan dinyahcas semasa ujian mengikut proses yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Rajah berikut menunjukkan perubahan fasa elektrod negatif di bawah SoC yang berbeza semasa kitaran pengecasan kedua pada pengecasan kadar C/30. Nampaknya pada 30.9% SoC, fasa elektrod negatif adalah terutamanya LiC12, Li1-XC18, dan sejumlah kecil Komposisi LiC6; selepas SoC melebihi 46%, keamatan pembelauan LiC12 terus berkurangan, manakala kuasa LiC6 terus meningkat. Walau bagaimanapun, walaupun selepas pengecasan akhir selesai, kerana hanya 1503mAh dicas pada suhu rendah (kapasiti ialah 1950mAh pada suhu bilik), LiC12 wujud dalam elektrod negatif. Katakan arus pengecasan dikurangkan kepada C/100. Dalam kes itu, bateri masih boleh memperoleh kapasiti 1950mAh pada suhu rendah, yang menunjukkan bahawa penurunan kuasa bateri litium-ion pada suhu rendah adalah disebabkan terutamanya oleh kemerosotan keadaan kinetik.

Rajah di bawah menunjukkan perubahan fasa grafit dalam elektrod negatif semasa mengecas mengikut kadar C/5 pada suhu rendah -20°C. Ia dapat melihat bahawa perubahan fasa grafit adalah jauh berbeza berbanding dengan pengecasan kadar C/30. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa apabila SoC>40%, kekuatan fasa bateri LiC12 di bawah kadar cas C/5 berkurangan dengan ketara lebih perlahan, dan peningkatan kekuatan fasa LiC6 juga jauh lebih lemah daripada C/30. kadar caj. Ia menunjukkan bahawa pada kadar C/5 yang agak tinggi, kurang LiC12 terus interkalasi litium dan ditukar kepada LiC6.

Rajah di bawah membandingkan perubahan fasa elektrod grafit negatif apabila mengecas pada kadar C/30 dan C/5, masing-masing. Angka tersebut menunjukkan bahawa untuk dua kadar pengecasan yang berbeza, fasa lemah litium Li1-XC18 adalah sangat serupa. Perbezaannya terutamanya ditunjukkan dalam dua fasa LiC12 dan LiC6. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa trend perubahan fasa dalam elektrod negatif adalah agak hampir pada peringkat awal pengecasan di bawah dua kadar cas. Untuk fasa LiC12, apabila kapasiti pengecasan mencapai 950mAh (49% SoC), perubahan trend mula kelihatan berbeza. Apabila ia datang 1100mAh (56.4% SoC), fasa LiC12 di bawah dua pembesaran mula menunjukkan jurang yang ketara. Apabila mengecas pada kadar rendah C/30, penurunan peringkat LiC12 adalah sangat pantas, tetapi penurunan fasa LiC12 pada kadar C/5 adalah lebih perlahan; maksudnya, keadaan kinetik kemasukan litium dalam elektrod negatif merosot pada suhu rendah. , Supaya LiC12 terus interkalates litium untuk menjana kelajuan fasa LiC6 menurun. Sejajar dengan itu, fasa LiC6 meningkat dengan sangat cepat pada kadar rendah C/30 tetapi jauh lebih perlahan pada kadar C/5. Ini menunjukkan bahawa pada kadar C/5, lebih banyak Li kecil molek tertanam dalam struktur kristal grafit, tetapi apa yang menarik ialah kapasiti cas bateri (1520.5mAh) pada kadar cas C/5 adalah lebih tinggi daripada pada C /30 kadar caj. Kuasa (1503.5mAh) lebih tinggi. Li tambahan yang tidak tertanam dalam elektrod grafit negatif berkemungkinan akan dimendakkan pada permukaan grafit dalam bentuk litium logam. Proses berdiri selepas tamat pengecasan juga membuktikan perkara ini dari sisi—sedikit.

Rajah berikut menunjukkan struktur fasa elektrod grafit negatif selepas dicas dan selepas dibiarkan selama 20 jam. Pada akhir pengecasan, fasa elektrod grafit negatif adalah sangat berbeza di bawah dua kadar pengecasan. Pada C/5, nisbah LiC12 dalam anod grafit adalah lebih tinggi, dan peratusan LiC6 lebih rendah, tetapi selepas berdiri selama 20 jam, perbezaan antara keduanya menjadi minimum.

Rajah di bawah menunjukkan perubahan fasa elektrod grafit negatif semasa proses penyimpanan 20j. Ia dapat melihat dari rajah bahawa walaupun fasa dua elektrod yang bertentangan masih sangat berbeza pada mulanya, apabila masa penyimpanan meningkat, kedua-dua jenis pengecasan Tahap anod grafit di bawah pembesaran telah berubah dengan sangat dekat. LiC12 boleh terus ditukar kepada LiC6 semasa proses rak, menunjukkan bahawa Li akan terus tertanam dalam grafit semasa proses rak. Bahagian Li ini berkemungkinan logam litium memendakan permukaan elektrod grafit negatif pada suhu rendah. Analisis lanjut menunjukkan bahawa pada akhir pengecasan pada kadar C/30, tahap interkalasi litium elektrod grafit negatif ialah 68%. Namun, tahap interkalasi litium meningkat kepada 71% selepas disimpan, peningkatan sebanyak 3%. Pada akhir pengecasan pada kadar C/5, darjah sisipan litium elektrod grafit negatif ialah 58%, tetapi selepas dibiarkan selama 20 jam, ia meningkat kepada 70%, jumlah peningkatan sebanyak 12%.

Kajian di atas menunjukkan bahawa apabila mengecas pada suhu rendah, kapasiti bateri akan berkurangan disebabkan oleh kemerosotan keadaan kinetik. Ia juga akan memendakan logam litium pada permukaan elektrod negatif akibat penurunan kadar pemasukan litium grafit. Walau bagaimanapun, selepas tempoh penyimpanan, Bahagian litium logam ini boleh dibenamkan dalam grafit semula; dalam penggunaan sebenar, masa simpan selalunya pendek, dan tidak ada jaminan bahawa semua litium logam boleh dibenamkan ke dalam grafit semula, jadi ia boleh menyebabkan beberapa litium logam terus wujud dalam elektrod negatif. Permukaan bateri litium-ion akan menjejaskan kapasiti bateri litium-ion dan mungkin menghasilkan dendrit litium yang membahayakan keselamatan bateri litium-ion. Oleh itu, cuba elakkan mengecas bateri litium-ion pada suhu rendah. Arus rendah, dan selepas menetapkan, pastikan masa rak yang mencukupi untuk menghapuskan litium logam dalam elektrod grafit negatif.

Artikel ini terutamanya merujuk kepada dokumen berikut. Laporan itu hanya digunakan untuk memperkenalkan dan menyemak karya saintifik yang berkaitan, pengajaran bilik darjah dan penyelidikan saintifik. Bukan untuk kegunaan komersial. Jika anda mempunyai sebarang isu hak cipta, sila hubungi kami.

1. Kadar keupayaan bahan grafit sebagai elektrod negatif dalam kapasitor litium-ion, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar,AG Pandolfo

2.Penyaduran litium dalam bateri litium-ion yang disiasat oleh kelonggaran voltan dan pembelauan neutron in situ, Jurnal Sumber Kuasa 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Penyaduran litium dalam bateri litium-ion pada suhu sub-ambien yang disiasat oleh pembelauan neutron in situ, Jurnal Sumber Kuasa 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles