Качественный и количественный анализ избыточного газа на месте - добавка против избыточного заряда

Когда литий-ионный аккумулятор перезаряжен, из катодного материала уходит слишком много ионов лития, и напряжение и температура аккумулятора быстро повышаются, выделяя большое количество кислорода и тепла. При достижении определенного потенциала электролит подвергается окислительному разложению, бурной химической реакции с выделением большого количества тепла, а затем может быть опасен. Добавка к электролиту для защиты от перезарядки, может заблаговременно предупреждать о перегрузке батареи, предотвращать выход из строя активных материалов, включая бифенил (АД ) как тип электрического полимера, против добавки от перезарядки, может заряжаться в батарее до напряжения выше 4,5 В, образуя слой полимерной мембраны, производят большое количество газа, увеличивают сопротивление батареи, функцию раннего предупреждения о перезарядке батареи.

В этой статье монитор объема на месте (GVM ) использовался для тестирования NCM523 / графитовой ячейки (теоретическая емкость 1000 мАч) электролитной системы с различным содержанием АД , и поведение производства газа в ячейке было относительно проанализировано, и Влияние добавки БП на состав продукции газа анализировали по данным газовой хроматографии (ГХ).

Рис. 1. Схематическая диаграмма газообразования при разложении различных электролитов и реакции электрополимеризации БП.

Экспериментальное оборудование и методы испытаний

1. Экспериментальное оборудование: модель ГВМ2200 , диапазон температур испытаний 20 ℃ ~ 85 ℃, поддержка двухканального (2 ячейки) синхронного испытания, внешний вид оборудования показан на рисунке 2.

Фигура 2 . Внешний вид оборудования ГВМ2200

2. Параметры испытаний: 25 ℃, от 1C CC до 5 В.

3. Метод испытаний: первоначальное взвешивание ячейки m₀, поместите тестируемую ячейку в соответствующий канал оборудования, откройте программное обеспечение MISG , установите соответствующий номер ячейки и параметры частоты дискретизации каждого канала, и программное обеспечение автоматически считывает изменение объема, тестовую температуру, ток, напряжение, мощность и другие данные. В тесте состава газа используется газовый хроматограф ГК -2014C, удаляющий 1 мл газа из перегруженной ячейки в перчаточном боксе и тестирующий различные типы концентраций газа с использованием детекторов ТПД и ПИД соответственно. Типы измеряемых газов показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Состав анализируемого газа детекторов FID и ВЗР

Анализ избыточного газа на месте

1. Анализ кривой заряда и разряда и кривой изменения объема

Изменения объема и напряжения ячейки показаны на рис. 4 (а) и (б), а содержание БП в электролите составляет 0 %, 1 %, 2 %, 3 % и 5 % соответственно. Из кривой видно, что с увеличением содержания добавки изменение объема ячейки становится все больше и больше, указывая на то, что ячейка набухла из-за реакции выделения газа добавкой. Когда содержание добавок достигает 5%, из кривой напряжения видно, что напряжение элемента с трудом достигает верхнего предела 5В. В это время в добавке положительного электрода НКМ сначала происходит реакция электрохимической полимеризации, образующая слой осаждения полимера на поверхности частиц, а затем слой осаждения постепенно растет при непрерывной реакции добавки в электролите.&NBSP ;

По мере продолжения перезарядки большое количество полимерных отложений накапливается и проникает в диафрагму, в конечном итоге образуя прямое соединение между двумя электродами. Поскольку продукты полимеризации бифенила (такие как поли(бифенил)) обладают электронной проводимостью, токопроводящий мостик, образованный осадком полимеризации на двух электродах, вызовет внутреннее короткое замыкание в батарее, которая продолжает потреблять зарядный ток, таким образом предотвращение выхода напряжения батареи из-под контроля, и напряжение не может достигать 5 В. Внутреннее короткое замыкание, вызванное ростом электрополимера, является медленным процессом и происходит только на некоторой части поверхности частицы, что приводит к умеренному саморазряду для автоматического разряда батареи до безопасного состояния, и этот процесс не вызывает интенсивного теплового разгона. аккумулятора.

Для анализа общего газа и начального потенциала газа в ячейке, когда нет АД , начальная точка газа в ячейке почти близка к 5 В, напряжение перезарядки, вероятно, вызовет разрушение структуры материала катода, а после АД производство газа в ячейке напряжение между 4,5 ~ 4,6 В, это диапазон напряжения АД , и с увеличением концентрации АД общее производство клеток также увеличилось с примерно 2 мл до примерно 10 мл, может быть объединено со взрывозащищенным предохранительным клапаном для достижения эффекта раннего предупреждения.

Рисунок 4. Изменения заряда-разряда и объема различных количеств БП

2. Анализ газообразующего состава аккумуляторной батареи

После перезарядки газовых ячеек, 1 мл газа, качественного анализа газа, как показано на рисунке 5, мы обнаружили, что с увеличением АД концентрация газа постепенно уменьшалась концентрация метана канал 4 , а концентрация водорода H2 постепенно увеличивалась, другие компоненты такие как кислород O2, этилен C2H4, окись углерода СО не имеют очевидной тенденции изменения.

Кроме того, в сочетании с анализом механизма реакции, бифенил АД (АД ) как тип электрической полимеризации против добавки перезарядки, при зарядке аккумулятора выше 4,5 В, молекулы мономера при окислении электролита в ионы-радикалы, эти ионы-радикалы даже синтезируют полимер в электролите. , и осаждение на положительной и около положительной поверхности диафрагмы, изоляция электрода, увеличение сопротивления батареи, в то же время будет сопровождаться выделением большого количества водорода, что приведет к образованию газа в ячейке, функция раннего предупреждения о перезарядке батареи.

Рис. 5. Изменение концентрации метана и водорода в ячейке газа при различном содержании добавки

Подведем итог

В этой статье используется двухканальный монитор объема производства газа на месте с регулируемой температурой, и в сочетании с газовой хроматографией качественный и количественный анализ поведения газа АД с избыточной добавкой не только обеспечивает различное содержание газового потенциала электролита АД , но и доказано, что добавка в процессе перезарядки генерирует много водорода, превращает ячейку в газ, таким образом, может реализовать функцию раннего предупреждения о перезарядке ячейки.