Анализ производства газа на месте при перегрузке электролизера — добавки к электролиту

Производство газа в литий-ионных элементах является важной причиной возгорания и взрыва элементов, разумный выбор и соответствие четырех основных материалов (материал катода, материал отрицательного электрода, электролит, сепаратор) также повлияет на показатели безопасности элемента. На рисунке 1 показано поведение газообразования при использовании различных электролитов.^{&NBSP ;1}. При разных потенциалах клетки будут иметь разную степень реакции газообразования. Электролит является важным каналом для передачи ионов лития, и его электрохимическая активность играет ключевую роль в динамике и термодинамических свойствах клетки. В процессе перезарядки элемента добавки в электролите, вероятно, подвергаются реакции окисления, и выделяется определенное количество газа, вызывающего набухание элемента.^2-4. 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.&NBSP ;Газообразование при использовании различных электролитов¹

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.

Рисунок 2. Внешний вид ГВМ2200

2. Параметры теста: 25℃ 1C CC до 5В.

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), содержание двух типов добавок A и B.: 0%, 1%, 2%, 3%, 5%. Из кривой видно, что с увеличением содержания добавки объемные изменения двух групп клеток становятся больше, что указывает на то, что реакция газообразования добавки вызывает набухание клеток. Когда содержание присадок достигает 5%, из кривой напряжения видно, что напряжению ячейки трудно достичь верхнего предела 5В, это может быть связано с тем, что ячейка производит больше газа, который приводит к ухудшению межфазного контакта между электродами и большей поляризации ячейки.

Рисунок 3.(a) Кривая изменения заряда, разряда и объема при различном содержании добавки A; (b) Кривая заряда, разряда и изменения объема при различном содержании добавки B.

2.Анализ газообразующей способности и напряжения перегиба клеток

Зарядная способность ячейки и информация о напряжении в точке перегиба кривой газообразования с различными типами и содержанием добавок показаны в таблице 1 и на рисунке 4. С увеличением содержания добавки общая газопроизводительность ячеек, соответствующая A и типы добавок B постепенно увеличиваются, а производство газа, соответствующее A, немного больше, чем у B. Начальное напряжение образования газа постепенно уменьшается с увеличением содержания добавки, а напряжение, соответствующее A, ниже, чем у B. B. Это показывает, что потенциал газообразования A выше, чем у B, показывает, используется ли A в качестве добавки для защиты от перезарядки, перезарядка может быть определена раньше, и соответствующие меры безопасности могут быть приняты вовремя.

Таблица 1.Информация о зарядной емкости элемента и производстве газа, соответствующая различным типам и содержанию добавок

Рисунок 4.Объем добычи газа и кривая напряжения перегиба при различном содержании присадок

Краткое содержание

В этой статье двухканальный анализатор объема газообразования на месте с регулируемой температурой используется для сравнения поведения литий-ионных аккумуляторов с образованием перезарядного газа с двумя различными типами добавок и их содержанием. Можно обнаружить, что добавка А имеет более низкий реакционный потенциал, чем добавка В, общее производство газа немного больше, что лучше использовать в качестве добавки для защиты от перезарядки.

рссылки

1. Казума Кумаи, Хадзиме Мияширо. Механизм газообразования из-за разложения электролита в коммерческом литий-ионном элементе.&NBSP ;Журнал источников энергии.&NBSP ;81–82 (1999): 715–719.

2. Кристоф Р. Биркл, Мэтью Р. Робертс, Юан МакТерк, Питер Дж. Брюс, Дэвид А. Хоуи. Диагностика деградации литий-ионных аккумуляторов.Журнал источников энергии341 (2017): 373-386.

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

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