В -место анализ набухания объема и толщины клетки кармана

Для литий-ионных аккумуляторов, герметизированных алюминиево-пластиковой пленкой или стальной оболочкой, из-за ограничения внешнего пространства увеличение объема во время зарядки и разрядки вызовет разную степень напряжения внутри аккумулятора, что повлияет на емкость аккумулятора, скорость, безопасность. производительность и т. д. Таким образом, контроль увеличения объема лития в ионном аккумуляторе является ключевым моментом для обеспечения безопасности и надежности аккумуляторной батареи. Набухание клеточного объема делится на обратимое набухание и необратимое набухание. Среди них обратимое набухание происходит из-за структурного набухания, вызванного процессом деинтеркаляции ионов лития, и теплового набухания, вызванного тепловым эффектом батареи, а необратимое набухание происходит из-за образования газа или необратимого структурного фазового перехода.^1-5。В этой статье с двух точек зрения объема ячейки и толщины ячейки, как показано на рисунке 1 (a) и (b), метод в -место используется для мониторинга изменения набухания во время зарядки и разрядки и анализа поведения набухания. ячейки мешочка.

(a) Тест на объем (b) Тест на толщину

Рисунок 1. Схема испытаний

Экспериментальное оборудование и методы испытаний

1.1 Экспериментальное оборудование

1.1 Монитор объема газа на месте, модель ГВМ2200 (ИЭСТ ), тест в диапазоне температур 20 ℃ ~ 85 ℃, поддержка двухканального (2 батареи) синхронного теста, внешний вид устройства показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Внешний вид оборудования ГВМ2200

1.2 Анализатор набухания в место , модель SWE2110 (ИЭСТ ), внешний вид оборудования показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Внешний вид оборудования SWE2110

2. Процесс тестирования

2.1 Процесс зарядки и разрядки: 25 ℃, отдых 5 минут; 1C CC до 4,2 В, резюме до 0,025 ° C; отдых 5мин; 1C от постоянного тока до 2,8 В, проанализируйте поведение набухания одной и той же ячейки в двух соседних циклах.

2.2 Тест на набухание клеточного объема: Измерьте начальный вес m₀&NBSP ;ячейки, поместите ячейку для тестирования 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 тестовые данные, такие как температура , ток, напряжение и емкость.

2.3 Тест на набухание по толщине ячейки: Поместите ячейку для тестирования в соответствующий канал устройства, откройте программное обеспечение СКУЧАТЬ , установите номер ячейки и параметры частоты дискретизации, соответствующие каждому каналу, и программное обеспечение автоматически считывает толщину ячейки, изменение толщины, тестовая температура и ток, напряжение, емкость и другие данные.

Анализ на месте набухания мягких батарей

1. Набухание элемента в течение всего процесса заряда и разряда

Выполните анализ набухания на месте для двух непрерывных процессов зарядки и разрядки одной и той же ячейки.&NBSP ;

Информация о конструкции ячейки и информация о емкости показаны в таблице 1.

Таблица 1. Информация о конструкции ячейки и информация о емкости

На рис. 4 (а) и (б) соответственно показано изменение объема и толщины элемента во время зарядки и разрядки. В процессе зарядки постоянным током объем и толщина элемента батареи увеличиваются; в процессе постоянного напряжения уменьшаются как объем, так и толщина; в процессе разряда постоянным током кривая изменения объема сначала увеличивается, а затем уменьшается, в то время как кривая изменения толщины сначала в основном остается неизменной, а затем постепенно уменьшается. Процент изменения объема и толщины элемента в основном одинаковы, что указывает на то, что деформация в направлении толщины в основном вызвана деинтеркаляцией лития в процессе зарядки и разрядки, что, в свою очередь, показывает общую объемную деформацию.

Рис. 4. (а) Изменение напряжения и объема при заряде и разряде; (b) Изменение напряжения и толщины во время заряда и разряда

2. Набухание ячейки во время зарядки постоянным током

В процессе зарядки постоянным током кривая дифференциальной емкости, кривая изменения объема и изменения толщины показаны на рисунке 5 (a) и (b). Пик кривой дифференциальной емкости соответствует фазовому изменению материалов положительного и отрицательного электродов в процессе экстракции лития. В положении пикового напряжения наклон кривой изменения объема и толщины также изменится соответственно.

Рис. 5. (а) Изменение дифференциальной емкости и объема при зарядке постоянным током; (b) Дифференциальная емкость и изменение толщины при зарядке постоянным током

3. Набухание ячейки во время зарядки постоянным напряжением

В процессе зарядки постоянным напряжением кривая изменения тока ячейки и кривая изменения объема и толщины показаны на рисунке 6 (a) и (b). При зарядке постоянным напряжением ток постепенно уменьшается, распределение концентрации лития между графитовыми слоями постепенно становится равномерным.⁵, объем и толщина клеток постепенно уменьшаются и становятся стабильными.&NBSP ;

Рис. 6. (а) Изменения тока и объема при зарядке постоянным напряжением; (b) Изменения тока и толщины во время зарядки постоянным напряжением

4. Набухание клеток во время разряда постоянным током

В процессе разряда постоянным током кривая дифференциальной емкости и кривая изменения объема и толщины показаны на рис. 7 (а) и (б). В начале разряда объем ячейки батареи увеличивается примерно на 0,3%, что может быть&NBSP ;связан с фазовым переходом гексагон 3 → гексагон 2, вызванным внедрением ионов лития в материал НКМ во время разряда. Объем материала положительного электрода немного увеличивается, и используется постоянное давление 15 кг (~ 1 МПа)..&NBSP ;ЧтТолщина элемента батареи практически не меняется на начальном этапе разрядки. Подобно набуханию в процессе зарядки, положение пика кривой дифференциальной емкости в процессе разрядки также будет соответствовать изменению наклона кривой объема и толщины. Изменения объема и толщины при зарядке и разрядке не полностью симметричны. Это вызвано неполным обратимым фазовым переходом материала в процессе зарядки и разрядки, что приводит к определенной степени необратимого набухания.⁴.

Рис. 7. (а) Изменение дифференциальной емкости и объема при разряде постоянным током; (b) Дифференциальная емкость и изменение толщины при разряде постоянным током

Краткое содержание

В этой статье монитор объема газа на месте (GVM ) и анализатор набухания на месте (Швеция ) используются для анализа набухания по объему и толщине во время процесса зарядки и разрядки ячейки мешка, которые могут характеризовать обратимое набухание. и необратимое набухание в режиме реального времени, а также помощь разработчикам в анализе поведения набухания клеток в различных измерениях.

Справочные материалы

1. Руихе Ли, Мингао Оуян и др. Объемная деформация крупногабаритных литий-ионных аккумуляторов при различных путях деградации. Журнал Электрохимического общества,2019, 166 (16) А4106-А4114

2. Шияо Чжэн, Юн Ян и др. Корреляция между дальними и локальными структурными изменениями в слоистых материалах, богатых никелем, в процессе заряда и разряда.J. Источники энергии.2019, 412, 336–343;

3. Ю. Ренье, Р. Язами, Б. Фульц. Энтропия и энтальпия интеркаляции лития в графит.Журнал источников энергии&NBSP ;.2003, 119–121 850–855

4. Ян Н. Реймерс и Дж. Р. Дан. Электрохимические и рентгеноструктурные исследования в место интеркаляции лития в LixCoO2 . Журнал электрохимического обществаи, 1992, 139, 8

5. Хайфэн Дай, Ченчен Ю, Сюэчжэ Вэй, Цзечан Сунь Оценка состояния заряда литий-ионных аккумуляторных батарей на основе измерения напряжения.Энергия, 2017, 129, 16.