Исследование корреляции между производительностью сжатия батареи и SOC и СОХ
С быстрым развитием электромобилей доля электромобилей на дорогах также увеличивается. Обеспечивая удобство для людей, неизбежно возникает множество угроз безопасности. Среди них дорожно-транспортные происшествия являются проблемами безопасности, на которых необходимо сосредоточиться. Литий-ионные аккумуляторы — это накопители энергии для электромобилей, хранящие огромное количество энергии. Несмотря на то, что литий-ионный аккумулятор установлен на шасси автомобиля в положении, которое нелегко деформировать, после удара он может повредить аккумулятор и вызвать короткое замыкание, в конечном итоге привести к возгоранию или даже взрыв, создающий большую угрозу жизни людей и сохранности имущества. Поэтому необходимо четко и точно понимать и систематически изучать механические свойства литий-ионных аккумуляторов,
Испытание механических характеристик литий-ионных аккумуляторов является важным средством изучения их различных механических свойств, и содержание исследования обычно реализуется в нескольких масштабах, в основном сочетая иерархические маршруты микроскопического масштаба, мезоскопического масштаба, макро-единого масштаба и макро-системного масштаба. . Рисунок 1 представляет собой схематическую диаграмму нескольких шкал литий-ионной батареи, каждая шкала относительно независима и напрямую зависит от нее. С точки зрения литий-ионного аккумулятора, это в основном герметичный сложный корпус, состоящий из катодных и анодных листов, диафрагмы, электролита, алюминиево-пластиковой пленки или стальной оболочки. Каждый компонент имеет разные механические свойства, и с циклами зарядки и разрядки и старением состояние его внутренних компонентов постоянно меняется. В этой статье, система анализа набухания на месте ИЭСТ используется для контроля давления батареи и деформации толщины путем связывания параметров SOC и СОХ отдельной батареи, корреляционная оценка производительности сжатия батареи обеспечивает возможный метод для изучения механические свойства литий-ионных аккумуляторов в различных состояниях. Фактический показатель эффективности сжатия, измеренный этим методом, также можно использовать в качестве эффективных теоретических вспомогательных данных для моделирования батареи.
1. Экспериментальное оборудование и методы испытаний
1.1 Экспериментальное оборудование
Анализатор набухания на месте, модель SWE2110 (ИЭСТ), как показано на рисунке ниже:
Рисунок 2. Внешний вид оборудования SWE2110
1.2 Информация об испытаниях и процесс
1.2.1 Информация о батарее показана в таблице 1.
Таблица 1. Информация о тестовом аккумуляторе
1.2.2 Процесс зарядки и разрядки
1.2.3 Экспериментальный процесс: BТест модуля сжатия батареи: поместите тестируемую батарею в соответствующий канал SWE2110, откройте программное обеспечение СКУЧАТЬ, установите процесс контроля давления, частоту дискретизации, процесс зарядки и разрядки и т. д., программное обеспечение автоматически считывает толщину батареи, изменение толщины, Тестовая температура, ток, напряжение, емкость и другие данные.
2. Экспериментальные результаты и анализ
Анализатор набухания на месте (SWE2110) включает режим испытания на сжатие (установившийся режим) и устанавливает метод регулировки давления, как показано на рисунке 3 (а): начальное давление составляет 10 кг, шаг повышения давления составляет 100 кг, и каждое давление поддерживается в течение 10 с до 1000 кг, а затем сбросьте давление, шаг сброса давления составляет 100 кг, и каждое давление поддерживается в течение 10 с, пока эксперимент не будет завершен при 10 кг. Выберите три новые батареи, отрегулируйте различные состояния SOC (0%, 50%, 100%) и отрегулируйте давление в соответствии с рисунком 3 (а), чтобы провести эксперименты по устойчивому сжатию на трех батареях. Результаты показаны на рис. 3(b): на этапе повышения давления, по мере того как давление продолжало расти, толщина батареи непрерывно сжималась; на этапе разгерметизации, так как давление продолжало снижаться, толщина батареи продолжала увеличиваться. При этом было установлено, что степень сжатия аккумулятора различна в разных состояниях.
По мере увеличения SOC батарея легче сжимается. Это может быть связано с непостоянством и неоднородностью характеристик положительных и отрицательных активных материалов в различных состояниях интеркаляции лития. Внутренняя часть электрода батареи также будет меняться в зависимости от SOC. Например, у графитовых электродов при внедрении разного количества лития решетка графита расширяется на 10 % по оси с, а графит часто располагается параллельно токосъемнику, поэтому графитовые электроды в основном расширяются и сужаются по толщине направление. Это изменение объема, в свою очередь, заставляет микроскопические частицы и поры слегка деформироваться и переупорядочивать друг друга во время (де)литирования, влияя на перенос ионов и электронов, в результате чего происходит неоднородность SOC и изменение объема в направлении толщины, и даже верхний электрод сжимается, а нижний электрод расширяется на поверхности электрода. Кроме того, модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность графита и материалов LCO будут изменяться в зависимости от количества интеркаляции лития, что приводит к различным механическим свойствам.
При этом аккумулятор заряжается и разряжается с высокой скоростью. На основе начальной емкости, когда емкость батареи падает до 85 % от начальной емкости, состояние работоспособности батареи устанавливается на 85 % СОХ. Точно так же, когда емкость составляет 80%, состояние работоспособности батареи составляет 80% СОХ. Сравнивая рисунок 3(b) (c) (d), можно обнаружить, что при разных условиях СОХ степень сжатия разных аккумуляторов SOC различна. Это показывает, что модуль сжатия батареи связан не только с SOC, но и с состоянием СОХ батареи. А по мере старения аккумулятора (в данном эксперименте скорость старения заряда и разряда была увеличена) влияющие факторы СЗ имеют тенденцию к постепенному ослаблению. Во время циклического старения производительность батареи продолжает снижаться из-за различных механических и химических процессов. Механизмы деградации элемента батареи включают коррозию токосъемника, морфологические изменения активных материалов, разложение электролита, образование поверхностного слоя твердого электролита (СЭИ) и растворение материала. Кроме того, механическое повреждение батареи также может ускорить химическую деградацию, как, например, в этом процессе интеркаляции, когда изменение объема вызывает значительное напряжение внутри частиц, что приводит к механическим повреждениям, таким как измельчение или растрескивание активного материала. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. морфологические изменения активных материалов, разложение электролита, образование поверхностного слоя твердого электролита (СЭИ) и растворение материала. Кроме того, механическое повреждение батареи также может ускорить химическую деградацию, как, например, в этом процессе интеркаляции, когда изменение объема вызывает значительное напряжение внутри частиц, что приводит к механическим повреждениям, таким как измельчение или растрескивание активного материала. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. морфологические изменения активных материалов, разложение электролита, образование поверхностного слоя твердого электролита (СЭИ) и растворение материала. Кроме того, механическое повреждение батареи также может ускорить химическую деградацию, как, например, в этом процессе интеркаляции, когда изменение объема вызывает значительное напряжение внутри частиц, что приводит к механическим повреждениям, таким как измельчение или растрескивание активного материала. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. механическое повреждение батареи также может ускорить химическую деградацию, например, в этом процессе интеркаляции, когда изменение объема вызывает значительное напряжение внутри частиц, что приводит к механическим повреждениям, таким как измельчение или растрескивание и разрушение активного материала. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. механическое повреждение батареи также может ускорить химическую деградацию, например, в этом процессе интеркаляции, когда изменение объема вызывает значительное напряжение внутри частиц, что приводит к механическим повреждениям, таким как измельчение или растрескивание и разрушение активного материала. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов. Эти трещины создают новые поверхности на частицах, которые затем подвергаются воздействию электролита, что приводит к образованию дополнительного слоя СЭИ и снижению емкости. Эти условия затухания также влияют на процесс набухания и сжатия электродов.
Рис. 3. (а) Режим регулирования давления (б) (в) (г) Кривые модуля сжатия аккумуляторов при различных СОХ
Кроме того, в одном и том же состоянии SOC сравниваются характеристики сжатия батареи при разных СОХ. Зависимость между модулем сжатия батареи и СОХ показана на рисунке 4: по мере уменьшения СОХ максимальная деформация увеличивается, модуль сжатия уменьшается, а также увеличивается необратимая деформация, как показано в таблице 2. Это может быть связано с непрерывным быстрое литирование/делитирование положительных и отрицательных активных материалов при быстром старении батареи не только вызывает структурные изменения, фрагментацию и растворение активного материала, но также сопровождается различными побочными реакциями, приводящими к СЭИ рост пленки, осаждение лития на отрицательном электроде и выделение газа из аккумуляторной батареи.
Фрагментация активного материала, рост пленки СЭИ и осаждение лития увеличивают необратимую деформацию батареи, а поскольку модуль сжатия пленки СЭИ и литиевых дендритов намного меньше, чем у катода и анода, максимальная деформация сжатия батареи после старение значительно увеличивается. Кроме того, образование побочного реакционного газа также изменит плотность контакта катодной и анодной пластин, что повлияет на характеристики сжатия батареи. Короче говоря, модуль сжатия батареи тесно связан с СОХ батареи.
Рис. 4. Кривая необратимого изменения толщины батареи
Таблица 2. Сводная информация о производительности сжатия батареи
3. Резюме
В этой статье анализатор набухания на месте (Швеция) ИЭСТ используется для анализа корреляции между эффективностью сжатия тройной / графитовой батареи и SOC и СОХ. Эксперименты показывают, что характеристики сжатия батареи не являются постоянными, а меняются в зависимости от таких факторов, как SOC и СОХ. Соответствующая корреляция может разрабатывать более надежные продукты для соответствующих технических специалистов, предоставлять больше реальных данных для техников-симуляторов и улучшать эффект моделирования.