Анализ газообразования на месте перегрузки электролизера — катодный материал и электролит

В процессе перезарядки литий-ионных аккумуляторов будет происходить ряд химических и электрохимических реакций, включая обратимый фазовый переход положительных и отрицательных материалов, необратимые структурные изменения и реакции окисления компонентов электролита и т. д., особенно когда тройной катод материал нестабилен под высоким напряжением, и кислород решетки выпадает в осадок, это также вызовет реакцию окисления компонентов электролита с образованием газа, который вызовет вздутие элемента. На рис. 1 показано использование оборудования для мониторинга OEMS на месте для отслеживания изменений состава газа в цикле перезарядки NCM811 .^{&NBSP ;1}. В этой статье анализатор объема газовыделения на месте (GVM ) использовался для проведения испытания объема перезарядки на месте на элементах NCM523 /графита (теоретическая емкость 1000 мАч) с различными типами добавок и их содержанием, а также для анализа газообразования элементов. .

Рисунок 1. NCM811 Мониторинг компонентов газа на месте¹

Экспериментальное оборудование и методы испытаний

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

Фигура 2.Внешний вид ГВМ2200

2. Параметры теста: 25 ℃ 1C CC до 5 В.

3. Метод тестирования: сначала взвесьте ячейку m0, поместите ячейку для тестирования в соответствующий канал устройства, откройте программное обеспечение MISG , установите номер ячейки и параметры частоты дискретизации, соответствующие каждому каналу, программное обеспечение автоматически считывает изменение объема. , тестовая температура, ток, напряжение, емкость и другие данные.

Анализ добычи газа при перегрузке ячейки на месте

1. Анализ кривой заряда-разряда и кривой изменения объема

Кривая изменения объема и кривая напряжения ячейки показаны на рисунке 3 (a) (b) (c). C1 и C2 представляют собой два типа катодных материалов с различными добавками к электролиту типа E1 и E2, а содержание добавки ：0%, 1%, 2%, 3%, 5%. Сравнивая рисунки 3(а) и 3(б), &NBSP ;сочетаются с одним и тем же электролитом, по мере увеличения содержания электролитной добавки изменение объема двух групп ячеек становится все больше и больше, это объясняется тем, что реакция газообразования добавки вызывает набухание ячейки. Далее, сравнивая общее производство газа элементами, можно обнаружить, что элемент, соответствующий катодному материалу C2, производит больше газа. Это может быть связано с более нестабильной структурой материала при высоких напряжениях, высвобождающей больше кислорода решетки для реакции с электролитом. При сравнении рисунков 3(а) и 3(с) один и тот же катодный материал с разными электролитами показывает, что объем ячейки по-прежнему увеличивается с увеличением содержания добавки, но общее газообразование двух групп ячеек почти одинаково. , это показывает, что тип добавки не влияет на общую добычу газа.

Рисунок 3.Кривые напряжения на ячейке и газообразования с разными катодными материалами и разными электролитами

2. Анализ газопроизводящей способности и газового напряжения ячеек

Общая добыча газа и информация о напряжении в точке перегиба кривой добычи газа для трех групп ячеек показаны в таблице 1 и на рисунке 4. С увеличением содержания добавки общая добыча газа ячейки, соответствующей E1 и Типы добавок Е2 постепенно увеличиваются, и при использовании с катодным материалом С2 общее производство газа в ячейке будет значительно выше. Сравнивая ту же добавку, при увеличении содержания от 1% до 5% начальное напряжение газообразования ячейки изменяется меньше. Таким образом, тип материала катода и содержание добавки к электролиту будут влиять на общую газообразование элемента, а тип добавки будет влиять на потенциал газообразования элемента, выбор правильного материала катода,

Таблица 1. Информация о газообразовании и потенциале газообразования ячеек с разными материалами катода и разными электролитами

Рисунок 4. Объем производства газа и кривая напряжения газа для различных катодных материалов и различных электролитов

Краткое содержание

В этой статье двухканальный анализатор объема газообразования на месте с регулируемой температурой используется для сравнения и анализа поведения литий-ионных аккумуляторов в отношении перезарядки и газообразования при использовании различных катодных материалов и различных электролитов. Можно обнаружить, что тип материала катода и содержание добавки к электролиту будут влиять на общую газообразование ячейки, а тип добавки повлияет на потенциал газообразования ячейки. Таким образом, выбор соответствующего материала катода, типа и содержания добавок к электролиту может контролировать поведение ячейки при перезарядке и газообразовании.

Рекомендации

Роланд Юнг и др. Высвобождение кислорода и его влияние на циклическую стабильность LiNixMnyCo .₂О₂(НМЦ ) катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов.Дж. Электрохим. соц.&NBSP ;2017, 164 А1361