Влияние высокотемпературного хранения при разном состоянии заряда (СОЦ) на газообразование в аккумуляторных элементах

Литий-ионные аккумуляторы обладают преимуществами высокой удельной энергии и длительного срока службы и широко используются в бытовой электронике, электромобилях и накопителях энергии. Различные сценарии применения предъявляют разные требования к хранению при высоких температурах, особенно в области мобильных телефонов, планшетов и ноутбуков, где есть четкие требования к хранению литиевых батарей при высоких температурах. В настоящее время некоторые технические специалисты изучили влияние хранения при разных температурах на работу аккумуляторов при разном напряжении, а также объяснили соответствующие механизмы. Однако о количественном анализе изменения объема высокотемпературных ячеек хранения в местонахождение сообщалось редко. В этой статье в основном используется монитор объема добычи газа на месте (ГВМ2200) ИЭСТ для сравнения и мониторинга изменений напряжения холостого хода и объема различных ячеек СОЦ во время хранения при высоких температурах.

1. Информация о тестировании

1.1 Испытательное оборудование: Монитор объема добычи газа на месте, модельГВМ2200 (ИЭСТ), регулируемая температура 20°C~85°C. На рисунке 1 показан внешний вид устройства.

Рисунок 1. Принципиальная схема монитора подземного объема добычи газа

1.2 Параметры испытаний

1.2.1Информация о ячейках батареи приведена в Таблице 1.

Таблица 1. Информация об аккумуляторных элементах

2. Анализ результатов

Выберите пять параллельных ячеек для образцов и отрегулируйте их СОЦ при комнатной температуре до 100%, 80%, 50%, 30% и 0%. После регулировки ячейки оставляли на 15 часов, а затем запускали встроенный монитор объема (ГВМ2200) для регистрации напряжения и объема различных ячеек СОЦ в масляной бане с температурой 85°C с течением времени.

2.1 Изменение напряжения

Как показано на рисунке 2: график слева показывает кривую изменения напряжения холостого хода при хранении при температуре 85°C в течение 7 дней, а график справа показывает кривую изменения напряжения холостого хода после 1 часа хранения. тестирование. Видно, что с увеличением времени хранения общее напряжение холостого хода имеет тенденцию к снижению, а с уменьшением СОЦ аккумуляторного элемента тенденция к снижению продолжает замедляться. Первоначальную испытательную ячейку поместили в масляную баню с температурой 85°C при комнатной температуре, произошел процесс теплового равновесия, а изменение напряжения холостого хода в течение первого часа сравнивалось и анализировалось (рисунок справа): 100% и 80% СОЦ. групповые ячейки показали тенденцию к снижению, 50%%, 30% и 0% батареи имеют повышающуюся стадию. Это связано с энтропийным тепловыделением ядра батареи:

Среди них E представляет напряжение разомкнутой цепи, z представляет количество переносимых электронов в уравнении химической реакции, которое всегда положительно; T представляет собой абсолютную температуру, которая всегда положительна; F — постоянная Фарадея, которая всегда положительна; ∆Q представляет собой теплоту реакции батареи при определенном СОЦ, которая может быть положительной или отрицательной. Коэффициент изменения энтропии аккумулятора ∂E/∂T является важным физическим параметром, характеризующим тепловые характеристики аккумулятора. Он представляет собой изменение электродвижущей силы аккумулятора в зависимости от температуры и может отражать обратимое выделение тепла аккумулятором во время зарядки и разрядки; Когда коэффициент изменения энтропии имеет отрицательное значение, ток имеет отрицательное значение во время процесса разряда, обратимая энтропия батареи становится положительной величиной, а обратимое тепло батареи — экзотермическим; Когда коэффициент изменения энтропии имеет положительное значение, обратимая энтропия батареи становится отрицательной во время процесса разрядки, а обратимое тепло батареи отображается как поглощение тепла. Объединив формулу ① и начальное изменение напряжения, можно увидеть, что, когда ячейка находится при СОЦ 100% и 80%, ячейка помещается в масляную ванну с температурой 85°C от комнатной температуры, и потенциал уменьшается по мере того, как температура увеличивается, коэффициент изменения энтропии ∂E/∂T отрицательный, а процесс разряда в это время является экзотермической реакцией; при 0%, 30% и 50% СОЦ потенциал увеличивается с ростом температуры, коэффициент изменения энтропии ∂E/∂T положителен, а процесс разряда представляет собой эндотермическую реакцию. То есть тепловой эффект аккумулятора будет меняться при изменении СОЦ в процессе зарядки и разрядки. Когда аккумулятор находится в низком состоянии заряда (0–50% СОЦ), ионы лития внутри аккумулятора внедряются в материал положительного электрода и обогащаются вокруг положительного электрода. При повышении температуры ионы лития внутри материала положительного электрода будут высвобождаться из материала положительного электрода под действием тепла, что приводит к увеличению потенциала батареи, напряжение батареи продолжает увеличиваться, а энтропийный тепловой коэффициент становится положительное значение. Когда аккумулятор находится в более высоком состоянии заряда (80–100 % СОЦ), большое количество ионов лития интеркалируется в материал отрицательного электрода и обогащается вокруг отрицательного электрода, когда температура батареи повышается, часть ионов лития высвобождается из графитового отрицательного электрода под действием тепла, и потенциал отрицательный электрод увеличивается, так что напряжение батареи в целом непрерывно уменьшается, а коэффициент изменения энтропии показывает отрицательное значение. В течение всего процесса побочные реакции электролита также влияют на тепловые характеристики аккумулятора. так что напряжение батареи в целом непрерывно уменьшается, а коэффициент изменения энтропии показывает отрицательное значение. В течение всего процесса побочные реакции электролита также влияют на тепловые характеристики аккумулятора. так что напряжение батареи в целом непрерывно уменьшается, а коэффициент изменения энтропии показывает отрицательное значение. В течение всего процесса побочные реакции электролита также влияют на тепловые характеристики аккумулятора.

Рисунок 2. Зависимость напряжения холостого хода от времени хранения

2.2 Изменение громкости

ГВМ2200 в-местонахождение отслеживает выделение газа в различных элементах СОЦ с течением времени, как показано на рисунке 3: увеличение объема ячеек, хранящихся при температуре 85 градусов в течение 7 дней, составляет 20,3% (100% СОЦ), 10,9% (80% СОЦ), и 5,9% (50% СОЦ), 3,5% (30% СОЦ), 2,8% (0% СОЦ). Производство газа продолжает увеличиваться с течением времени, и наблюдается тенденция к увеличению общего производства газа в аккумуляторных элементах с увеличением СОЦ хранилища. Такое газообразование в основном является результатом совместного действия электролита, положительных и отрицательных электродов. В состоянии с высоким СОЦ материал положительного электрода с высоким потенциалом с большей вероятностью вступит в побочную реакцию с электролитом с образованием газа. В то же время СОЦ также окажет существенное влияние на тип газа, вырабатываемого батареей. В более высоком SoC, будет добываться больше видов газа. По мере уменьшения СОЦ газообразование на положительной стороне ячейки постепенно уменьшается, а газообразование на отрицательной стороне постепенно увеличивается, причем при низком СОЦ газообразование на отрицательной стороне намного больше, чем при высоком СОЦ, при этом газодобыча на положительной стороне меньше, чем на отрицательной стороне в условиях ячеек с низким СОЦ [1], но общая газодобыча меньше, чем в условиях с высоким СОЦ.

Рисунок 3. Кривая добычи газа во времени

2.3 Изменения емкости

Разница в емкости каждого элемента батареи до и после хранения отслеживается отдельно, как показано в следующей таблице: скорость сохранения емкости постоянно уменьшается с увеличением СОЦ хранилища, а скорость восстановления емкости также постоянно уменьшается. Первое происходит главным образом из-за увеличения СОЦ, что приводит к увеличению катодного потенциала и увеличению окисления, в то время как анодный потенциал уменьшается, увеличивая восстановительную проводимость, и то, и другое приводит к увеличению скорости саморазряда батареи. , что приводит к постоянному снижению мощности. Необратимая потеря емкости может быть вызвана некоторыми побочными реакциями при хранении при высоких температурах. Например, эти побочные реакции анода, восстанавливающие электролит, будут потреблять часть активного лития, и на аноде будет осаждаться большое количество продуктов. Неорганические компоненты в осадке препятствуют диффузии ионов лития, что приводит к снижению кинетических характеристик реакции анода.^{[двадцать три]}.

Таблица 2. Перечень коэффициентов сохранения и восстановления мощности

3. Подведите итоги

В этой статьевнутрипластовый монитор объема добычи газа (ГВМ2200)используется для характеристики напряжения разомкнутой цепи и изменения объема аккумуляторной ячейки во время высокотемпературного хранения при температуре 85°C, что может быть использовано для управления нами при контроле напряжения во время транспортировки, хранения и работы батареи. Он также может обеспечить соответствующую поддержку данных для моделирования ускоренного старения.

4. Справочная литература

1. Ван Нянджу, Мэн Фаньхуэй, Юй Ливэй, Чжоу Цзян, Гао Цзиньхуэй, Влияние напряжения на газообразование литий-ионных аккумуляторов при высокотемпературном хранении [J], Власть Технологии, 2020. DOI: 10.3969/j.ISSN.1002. -087X.2020.07.007.

2. Яо Бинь, Тэн Гуопэн, Лю Сяомэй, Чэнь Вэйфэн, Цай И. Механизм снижения эффективности высокотемпературного хранения литий-железо-фосфатных аккумуляторов [J]. Власть Технологии, 2018, (№ 7).

3. Вэй Чжиго, Ченг Ченг, Яо Ванбин и др., Влияние напряжения аккумулятора на характеристики хранения литий-ионных батарей при высоких температурах［J］, Власть Поставлять Технологии, 2021. DOI: 10.3969/j.ISSN.1002-087X. 2021.03.006.