Влияние скорости зарядки на перезарядный газ ячейки

Электролит является одним из четырех основных материалов литий-ионных аккумуляторов. Это оказывает важное влияние на газообразование при перезарядке литий-ионных аккумуляторов. Выбор подходящего состава электролита может непрерывно восстанавливать повреждение батареи от СЭИ во время цикла и поддерживать состояние электродов. Структурная стабильность материала поддерживает емкость ячеек и динамические характеристики. С точки зрения растворителей, солей лития и добавок повышение безопасности электролитов при использовании является важным направлением исследований электролитов. Поскольку каждый компонент электролита имеет свой потенциал электрохимической реакции, при достижении им этого потенциала произойдет электрохимическая реакция, и одновременно будет генерироваться определенное количество газа, что приведет к расширению объема ячейки и даже к взрыву^1-3. Напряжение аккумулятора выше при перезарядке, что с большей вероятностью вызовет разложение растворителей и добавок в электролите, что приведет к газовыделению, но разные скорости заряда повлияют на пусковой потенциал газообразования и объем газообразования. В этой статье монитор объема на месте (GVM ) используется для проведения теста объема перезарядки на месте при различных условиях скорости зарядки (0,5C/1,0C/2,0C/3,0C) на литий-кобальтатных/графитовых батареях (теоретическая емкостью 1000 мАч), а также сравнивать и анализировать газообразование в ячейке.

Рисунок 1.Принципиальная схема отказов литий-ионных аккумуляторов¹

Экспериментальное оборудование и методы испытаний

1. Экспериментальное оборудование: Модель ГВМ2200 (ИЭСТ ), диапазон температур испытаний составляет 20℃~85℃, и оно поддерживает двухканальное синхронное тестирование. Внешний вид оборудования показан на рисунке 2.

фигура 2.Внешний вид оборудования ГВМ2200

2. Метод испытания: сначала взвесьте ячейку m₀, поместите тестируемую ячейку в соответствующий канал устройства, откройте программное обеспечение MISG , установите номер ячейки и параметры частоты дискретизации, соответствующие каждому каналу, и программное обеспечение автоматически считывает изменение объема и тестирует данные, такие как температура, ток, напряжение, емкость и т.д.。

Мониторинг газообразования литий-ионных аккумуляторов на месте

1．Анализ кривой зарядки и разрядки и кривой изменения объема

Кривая изменения объема, кривая напряжения и дифференциальной емкости ячейки показаны на рисунке 3 (а) (б) (в). Различные скорости зарядки используются для перезарядки элементов батареи до 5 В постоянным током. Из рисунка 3(а) видно, что по мере увеличения скорости зарядки соответствующая зарядная емкость уменьшается при перезарядке батареи до 5 В, а кривая изменения объема, соответствующая 0,5°С и 1,0°С, будет иметь очевидную точку перегиба, когда напряжение близко к 5В, и добыча газа резко возрастет. Из кривой дифференциальной емкости на рисунке 3(b) видно, что с увеличением скорости зарядки два набора положений пиков деинтеркалированного лития в положениях ① и ② постепенно смещаются вправо, указывая на постепенное увеличение поляризации. Рисунок 3(c) представляет собой кривую после дифференцирования кривой изменения объема по напряжению. Видно, что имеется около трех пиков добычи газа, в то время как два набора кривых 2.0C и 3.0C почти не имеют явных пиков в третьей позиции.

Рис. 3. Кривая заряда и разряда элемента батареи при четырех скоростях (а); кривая дифференциальной емкости (б); кривая изменения дифференциального объема (в)

2. Анализ емкости ячейки и напряжения газа

В Таблице 1 и на Рисунке 4 показана зарядная емкость аккумулятора и информация о напряжении в точке перегиба кривой добычи газа при различных скоростях. По мере увеличения скорости заряда зарядная емкость элемента постепенно снижается, а при увеличении скорости от 2С до 3С скорость снижения емкости также увеличивается. Из кривой газообразования ячейки видно, что газообразование при малой скорости 0,5°С значительно больше, чем при скорости выше 1°С. Сравнивая и анализируя кривую ослабления емкости и кривую ослабления газообразования, можно увидеть, что с увеличением скорости заряда основной причиной ослабления емкости ячейки является не увеличение газообразования. Это может быть связано с увеличением скорости увеличения поляризации клеток, что затрудняет деинтеркалирование ионов лития. Из дифференциальной кривой изменения объема видно, что соответствующие напряжения трех групп пиков газообразования смещаются вправо с увеличением увеличения. Когда увеличение составляет 3,0°, третий пик образования газа не появляется, что указывает на то, что увеличение поляризации элемента батареи увеличивает напряжение разложения компонентов электролита, что приводит к меньшему образованию газа в элементе в целом.

Таблица 1. Информация о зарядной емкости элемента и производстве газа, соответствующая разным увеличениям

Рисунок 4. Анализ кривых мощности, добычи газа и напряжения добычи газа при различных увеличениях

Краткое содержание

В этой статье используется двухканальный монитор объема производства газа на месте с регулируемой температурой для контроля поведения производства газа литий-ионными элементами в различных условиях перезарядки. Можно обнаружить, что по мере увеличения скорости зарядки емкость элемента уменьшается. Добыча газа снижается, а начальное напряжение добычи газа увеличивается. Последующий качественный анализ компонентов производства газа может быть объединен для дальнейшего изучения влияния различных типов растворителей и добавок и их содержания на перезаряд аккумуляторных элементов, а также для помощи научно-исследовательскому персоналу в разработке более безопасной и надежной электролитной системы.

Рекомендации

1. Цзин Се, И-Чунь Лу Ретроспектива литий-ионных аккумуляторов.Связь с природой(2020) 11:2499.

2. КП Айкен , младший Дан и соавт. Устройство для изучения выделения газа в место в литий-ионных ячейках.Дж. Электро Сок, 161 (2014) А1548-А1554.

3. Рэндольф А. Лейзинг. Испытание литий-ионных аккумуляторов на небрежное обращение - характеристика реакции перезарядки LiCoO2хграфитовых элементов. Журнал Электрохимического общества, 148(8):A838-A844 (2001).