De winter komt, sjoch nei it ferskynsel fan lege temperatueranalyse fan lithium-ion-batterijen

De prestaasjes fan lithium-ion-batterijen wurde sterk beynfloede troch har kinetyske skaaimerken. Om't Li+ earst desolvearre wurde moat as it yn it grafytmateriaal ynbêde is, moat it in bepaalde hoemannichte enerzjy konsumearje en de diffúsje fan Li+ yn it grafyt hinderje. Krektoarsom, as Li + wurdt frijlitten út it grafyt materiaal yn 'e oplossing, it solvation proses sil plakfine earst, en it solvation proses net nedich enerzjyferbrûk. Li + kin fluch fuortsmite it grafyt, wat liedt ta in signifikant earmere lading akseptaasje fan it grafyt materiaal. Yn it ûntslach akseptabel.

By lege temperatueren binne de kinetyske skaaimerken fan 'e negative grafytelektrode ferbettere en slimmer wurden. Dêrom wurdt de elektrogemyske polarisaasje fan 'e negative elektrodes gâns fersterke tidens it oplaadproses, wat maklik kin liede ta de delslach fan metallysk lithium op it oerflak fan' e negative elektrodes. Undersyk troch Christian von Lüders fan 'e Technyske Universiteit fan München, Dútslân, hat sjen litten dat by -2 ° C, de lading taryf grutter is as C / 2, en de hoemannichte metalen lithium delslach is signifikant ferhege. Bygelyks, by de C / 2 taryf, is it bedrach fan lithium plating op it tsjinoerstelde elektrodes oerflak oer de hiele lading. 5.5% fan 'e kapasiteit, mar sil 9% berikke ûnder 1C fergrutting. It útfallen metallysk lithium kin fierder ûntwikkelje en úteinlik lithiumdendriten wurde, troch it diafragma piercing en koartsluting fan 'e positive en negative elektroden feroarsaakje. Dêrom is it needsaaklik om safolle mooglik te foarkommen dat de lithium-ion-batterij op lege temperatueren opladen wurdt. As it de batterij op in lege temperatuer moat oplade, is it essensjeel om in lytse stroom te selektearjen om de lithium-ion-batterij safolle mooglik op te laden en de lithium-ion-batterij nei it opladen folslein op te slaan om te garandearjen dat it metallysk lithium út 'e negative elektrode útkomt kin reagearje mei grafyt en opnij ynbêde yn 'e negative grafytelektrode.

Veronika Zinth en oaren fan 'e Technyske Universiteit fan München brûkten neutrondiffraksje en oare metoaden om it gedrach fan lithium-evolúsje fan lithium-ion-batterijen te studearjen by in lege temperatuer fan -20 ° C. Neutrondiffraksje is de lêste jierren in nije deteksjemetoade west. Yn ferliking mei XRD is neutrondiffraksje gefoeliger foar ljochteleminten (Li, O, N, ensfh.), Dus it is tige geskikt foar net-destruktive testen fan lithium-ion-batterijen.

Yn it eksperimint brûkte VeronikaZinth de NMC111/graphite 18650-batterij om it gedrach fan lithium-evolúsje fan lithium-ion-batterijen by lege temperatueren te studearjen. De batterij wurdt opladen en ûntslein tidens de test neffens it proses werjûn yn 'e ôfbylding hjirûnder.

De folgjende figuer toant de fazeferoaring fan 'e negative elektrodes ûnder ferskate SoC's tidens de twadde oplaadsyklus by C / 30 taryfladen. It kin lykje dat by 30.9% SoC, de fazen fan 'e negative elektrodes binne benammen LiC12, Li1-XC18, en in lyts bedrach fan LiC6 Gearstalling; neidat de SoC grutter is as 46%, bliuwt de diffraksje-yntensiteit fan LiC12 ôfnimme, wylst de krêft fan LiC6 bliuwt te ferheegjen. Lykwols, sels neidat de lêste lading is foltôge, sûnt allinnich 1503mAh wurdt opladen by lege temperatuer (de kapasiteit is 1950mAh by keamertemperatuer), LiC12 bestiet yn de negative elektrodes. Stel dat de oplaadstroom wurdt fermindere nei C/100. Yn dat gefal kin de batterij by lege temperatueren noch in kapasiteit fan 1950mAh krije, wat oanjout dat de fermindering fan 'e krêft fan lithium-ion-batterijen by lege temperatueren benammen te krijen hat mei de efterútgong fan kinetyske omstannichheden.

De figuer hjirûnder lit de fazeferoaring fan grafyt yn 'e negative elektrodes by it opladen neffens de C / 5-rate by in lege temperatuer fan -20 ° C. It kin sjen dat de faze feroaring fan grafyt is signifikant oars yn ferliking mei C / 30 taryf opladen. It kin sjoen wurde út 'e figuer dat as SoC> 40%, de fazesterkte fan' e batterij LiC12 ûnder de C / 5-ladingsrate signifikant stadiger ôfnimt, en de ferheging fan LiC6-fazesterkte is ek oanmerklik swakker as dy fan 'e C/30 charge rate. It lit sjen dat op in relatyf hege taryf fan C / 5, minder LiC12 bliuwt lithium intercalate en wurdt omboud ta LiC6.

De figuer hjirûnder fergeliket de faze feroarings fan de negative grafyt elektrodes doe't opladen op C / 30 en C / 5 tariven, respektivelik. De figuer lit sjen dat foar twa ferskillende opladen tariven, de lithium-earme faze Li1-XC18 is hiel ferlykber. It ferskil wurdt benammen wjerspegele yn 'e twa fazen fan LiC12 en LiC6. It kin sjoen wurde út de figuer dat de faze feroaring trend yn de negative elektrodes is relatyf ticht by de earste faze fan opladen ûnder de twa lading tariven. Foar de LiC12-faze, as de oplaadkapasiteit 950mAh (49% SoC) berikt, begjint de feroarjende trend oars te ferskinen. As it giet om 1100mAh (56.4% SoC), begjint de LiC12-faze ûnder de twa fergruttingen in signifikant gat te sjen. By it opladen op in leech taryf fan C / 30, is de delgong fan 'e LiC12-poadium tige fluch, mar de drip fan' e LiC12-faze op 'e C / 5-rate is folle stadiger; dat wol sizze, de kinetyske betingsten fan lithium ynfoegje yn 'e negative elektrodes fersoargje by lege temperatueren. , Sadat LiC12 lithium fierder intercalates om LiC6 faze snelheid te generearjen fermindere. Sadwaande nimt de LiC6-faze heul fluch ta op in leech taryf fan C / 30, mar is folle stadiger op in taryf fan C / 5. Dit lit sjen dat by de C / 5-taryf mear petite Li is ynbêde yn 'e kristalstruktuer fan grafyt, mar wat nijsgjirrich is is dat de oplaadkapasiteit fan' e batterij (1520.5mAh) by de C / 5-ladingsrate heger is as dy by de C /30 charge rate. De krêft (1503.5mAh) is heger. De ekstra Li dy't net ynbêde is yn 'e negative grafytelektrode sil wierskynlik op it grafytflak yn' e foarm fan metallysk lithium falle. It steande proses nei it ein fan it opladen bewiist dit ek fan 'e kant - in bytsje.

De folgjende figuer toant de fazestruktuer fan 'e negative grafytelektrode nei it opladen en nei't se 20 oeren hawwe litten. Oan 'e ein fan it opladen is de faze fan' e negative grafytelektrode hiel oars ûnder de twa oplaadraten. By C / 5 is de ferhâlding fan LiC12 yn 'e grafytanode heger, en it persintaazje LiC6 is leger, mar nei't se 20 oeren stean hawwe, is it ferskil tusken de twa minimaal wurden.

De figuer hjirûnder toant de faze feroaring fan de negative grafyt elektrodes tidens de 20h opslach proses. It kin sjen út de figuer dat hoewol't de fazen fan de twa tsjinoerstelde elektroden binne noch hiel oars oan it begjin, as de opslach tiid fergruttet, de twa soarten opladen It poadium fan de grafyt anode ûnder de fergrutting is feroare hiel tichtby. LiC12 kin trochgean wurde omboud ta LiC6 tidens it shelving proses, wat oanjout dat Li sil bliuwe ynbêde yn it grafyt tidens de shelving proses. Dit diel fan Li is nei alle gedachten te wêzen metallysk lithium precipitated it oerflak fan de negative grafyt elektrodes by lege temperatuer. Fierdere analyze die bliken dat oan 'e ein fan it opladen by de C / 30 taryf, de graad fan lithium intercalation fan de negative grafyt elektrodes wie 68%. Dochs is de graad fan lithium-ynterkalaasje ferhege nei 71% nei planken, in ferheging fan 3%. Oan 'e ein fan it opladen op' e C / 5-taryf wie de lithium-ynfoegingsgraad fan 'e negative grafytelektrode 58%, mar nei't se 20 oeren litten hawwe, ferhege it nei 70%, in totale ferheging fan 12%.

It boppesteande ûndersyk lit sjen dat by it opladen by lege temperatueren, de batterijkapasiteit sil ôfnimme troch de efterútgong fan 'e kinetyske omstannichheden. It sil ek it lithiummetaal op it oerflak fan 'e negative elektrodes precipitearje fanwegen de fermindering fan' e grafytlithium-ynstekkingsrate. Lykwols, nei in perioade fan opslach, Dit diel fan metallysk lithium kin wurde ynbêde yn 'e grafyt wer; yn eigentlike gebrûk, de planke tiid is faak koart, en der is gjin garânsje dat alle metallysk lithium kin wurde ynbêde yn de grafyt wer, dus it kin feroarsaakje wat metallysk lithium bliuwt bestean yn de negative elektrodes. It oerflak fan 'e lithium-ion-batterij sil de kapasiteit fan' e lithium-ion-batterij beynfloedzje en kin lithium-dendriten produsearje dy't de feiligens fan 'e lithium-ion-batterij yn gefaar bringe. Besykje dêrom it opladen fan de lithium-ion-batterij by lege temperatueren te foarkommen. Lege stroom, en nei ynstelling, soargje foar genôch planke tiid om it metalen lithium yn 'e negative grafytelektrode te eliminearjen.

Dit artikel ferwiist benammen nei de folgjende dokuminten. It rapport wurdt allinich brûkt om relatearre wittenskiplike wurken, leslokaalûnderwiis en wittenskiplik ûndersyk yn te fieren en te besjen. Net foar kommersjeel gebrûk. As jo ​​auteursrjochtproblemen hawwe, nim dan gerêst kontakt mei ús op.

1.Rate kapasiteit fan grafyt materialen as negative elektroden yn lithium-ion capacitors, Elektrochemica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. Lithium plating yn lithium-ion batterijen ûndersocht troch spanning ûntspanning en in situ neutron diffraksje, 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. Lithium plating yn lithium-ion batterijen by sub-ambient temperatueren ûndersocht troch in situ neutron diffraction, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles