Оценка эффективности заряда/разряда и толщины набухания модельного элемента типа «таблетка»

Литий-ионные аккумуляторы широко используются во всех сферах жизни, например, в мобильных телефонах, автомобилях или бытовых накопителях энергии и т. д. Поэтому особенно важно оценивать различные характеристики литий-ионных аккумуляторов. Мы знаем, что литиевые батареи будут расширяться или сжиматься во время зарядки и разрядки, поэтому при разработке модулей литиевых батарей параметр набухания является одним из важных параметров, которые необходимо учитывать. Кроме того, с появлением нового поколения отрицательных электродов с высокой удельной емкостью (таких как отрицательные электроды на основе кремния или отрицательные электроды из металлического лития) их структурное распухание становится гораздо более очевидным, чем утрадиционныйграфитовые отрицательные электроды^[1,2], Поэтому все больше и больше компаний сосредотачиваются на оценкенабухание литиевых аккумуляторов.

Обычно исследователям приходится препарировать электрод в виде однослойных или многослойных готовых батарей, чтобы оценить набухание. Этот метод имеет длительный цикл тестирования, низкую эффективность оценки и потребляет много ресурсов, что серьезно влияет на процесс разработки новых материалов. ИЭСТ недавно новаторски применил модель батарейки типа «таблетка» для оценки набухания электрода батареи, что значительно сокращает цикл оценки характеристик набухания материала и может сэкономить много рабочей силы и материальных ресурсов для подготовки батарей для университетов или предприятий. Для этой модели батарейки типа «таблетка» пользователи больше всего обеспокоены тем, сравнима ли эффективность ее цикла с эффективностью традиционного батарейного блока со стальным корпусом. и сопоставимо ли изменение толщины набухания, измеренное с помощью модели батарейки типа «таблетка», с изменением толщины готовой батареи. В этой связи в этой статье представлены соответствующие сравнительные данные, основанные на этих двух аспектах, которые пользователям удобно оценивать и выбирать.

1. Условия тестирования

1.1 Испытательное оборудование: В этой статье используется модель кнопочной батареи ИЭСТ и взаимодействует с системой быстрого скрининга на месте набухания отрицательного электрода на основе кремния (RSS1400, ИЭСТ) для проведения испытаний на зарядку и разрядку, а также испытания на набухание современных батарей типа «таблетка» и «мешочек».

Рис. 1. Система быстрого скрининга в место с набуханием анода на основе кремния (RSS1400)

1.2 Условия испытаний на зарядку и разрядку

①ИспользоватьБатарейка типа «таблетка» ИЭСТдля сборки полуэлемента НКМ//Ли типа «таблетка» и полного элемента типа «таблетка» НКМ//карбид кремния, а также выполнения 3-цикловой зарядки и разрядки со скоростью 01C, что удобно для последующего сравнения между серийно выпускаемыми батареями-таблетками со стальным корпусом и производительностью однослойные пакетные аккумуляторы.

②Используйте коммерческий стальной корпус 2032, чтобы собрать кнопочную половинную батарею НКМ//Ли, и выполните 3 цикла зарядки и разрядки со скоростью 01C.

③ Соберите однослойные ламинированные аккумуляторы типа НКМ//карбид кремния и выполните 3 цикла зарядки и разрядки при температуре 01°C.

1.3 Условия испытаний на набухание клеток

Модель НКМ//карбид кремния Полная батарея пуговичного типа и однослойная ламинированная батарея с пакетными элементами помещаются в систему быстрого скрининга на месте набухания анода на основе кремния (RSS1400, ИЭСТ). После приложения первоначальной предварительной нагрузки в 5 кг изменения толщины набухания двух материалов отслеживались в режиме реального времени в процессе заряда и разряда 01C.

2. Анализ результатов

2.1Сравнение эффективности зарядки и разрядки батареи типа «таблетка» модели ИЭСТ и стандартной батареи типа «таблетка» со стальным корпусом 2032. 

Левое изображение на Рисунке 2 представляет собой аккумулятор типа «таблетка» модели ИЭСТ, а правое изображение — коммерческий аккумулятор типа «таблетка» со стальным корпусом 2032. Мы использовали тройные положительные электроды одинакового размера и состава для сборки пары полуэлементов монеты из литиевого листа и сравнили кулоновские эффективности двух элементов при скорости заряда и разряда 01C, результаты показаны в таблице 1. Это может быть Из рисунка видно, что первый эффект модельной плоской ячейки составляет около 89,13%, что всего лишь примерно на 0,718% ниже, чем у промышленной стальной плоской ячейки, максимальная эффективность цикла второго и третьего циклов только примерно на 1,28% ниже, чем у промышленной стальной плоской ячейки. пуговицы из коммерческой стали. Кроме того, максимальная эффективность цикла COV кнопки модели и кнопки стального корпуса для трех циклов составляет всего 0,65% (где COV = стандартное отклонение/среднее * 100, как правило, если COV&л;5%,

Рис. 2. Левое изображение — кнопка модели ИЭСТ; правое изображение - коммерческая стальная пуговица 2032.

Таблица 1. Сравнение эффективности цикла между полуэлементами пуговиц модели НКМ//Ли и коммерческими пуговицами со стальной оболочкой

2.2 Сравнениеприпухлостьтолщина плоской батарейки модели ИЭСТ и батарейного отсека

Левое изображение на рисунке 3 представляет собой батарею типа «таблетка» модели ИЭСТ, а правое изображение представляет собой однослойную ламинированную батарею с пакетными ячейками. Оба используют один и тот же состав тройного положительного электрода и кремний-углеродного отрицательного электрода для сборки полной батареи и отслеживают изменение толщины набухания двух во время процесса заряда и разряда 01C в режиме реального времени. Кривая напряжения и кривая набухания по толщине показаны на рисунке 4, удельная эффективность полного цикла батареи и сравнение толщины набухания показаны в таблице 2 и таблице 3 соответственно. Из рисунка 4 видно, что, будь то кривая напряжения в процессе заряда и разряда или кривая набухания по толщине, модельная батарея типа «таблетка» и ламинированная батарея с пакетными элементами демонстрируют хорошую согласованность. Из таблицы 2 видно, что, первая эффективность модели батарейки типа «таблетка» и ламинированной батареи с ячейками составляет 41,82% и 42,42% соответственно, а эффективность цикла последних двух циклов отличается всего на 0,12%; Однако из Таблицы 3 видно, что COV скорости набухания по толщине двух кругов также находится в пределах 3,5%, что указывает на то, что скорость набухания по толщине у этих двух кругов также имеет хорошую согласованность.

Рис. 3. Левое изображение — кнопочная батарея модели ИЭСТ; правое изображение представляет собой однослойную ламинированную батарею.

Рис. 4. Синие пунктирные и сплошные линии — это кривая напряжения и кривая увеличения толщины кнопки модели соответственно;

Оранжевые пунктирные и сплошные линии — кривая напряжения и толщинаприпухлостьКривая однослойной ламинированной батареи соответственно.

Таблица 2. Сравнение эффективности цикла между полной батареей типа НКМ//карбид кремния и однослойной ламинированной батареей в пакете

Таблица 3. Сравнение толщины набухания полной батареи модели НКМ//карбид кремния и однослойной ламинированной батареи

3. Резюме

В этой статье оцениваются характеристики заряда и разряда, а также толщина набухания плоской батарейки модели ИЭСТ. Из результатов видно, что циклическая эффективность заряда и разряда батарейки типа «таблетка» в основном такая же, как и у коммерческого батарейки-таблетки со стальным корпусом 2032, скорость набухания по толщине в течение 3-циклового цикла также в основном соответствует результаты испытаний однослойной ламинированной батареи с карманными ячейками, показывающие, что батарея типа «таблетка» модели ИЭСТ имеет хорошую эффективность цикла зарядки-разрядки и эффект оценки вздутия. В этой статье для использования с этой моделью рекомендуется использовать кремниевую систему быстрого экранирования набухания отрицательного электрода на месте (RSS1400, ИЭСТ), точность теста на распухание по толщине составляет 0,1 мкм, разрешение может достигать 0,01 мкм.

4. Справочные материалы

[1] Дж. Лин, Л. Ван, К. С. Се, К. Луо, Д. Л. Пэн, С. Б. Маллинз и А. Хеллер, Пассивация, подобная нержавеющей стали, вдохновляет на создание стойких кремниевых анодов для литий-ионных аккумуляторов. Ангью. хим. 135 (2023) e202216557.

[2] М. Ашури, QR-код Он и ЛЛ Шоу, Кремний как потенциальный материал анода для литий-ионных аккумуляторов: размер, геометрия и структура имеют значение. Наномасштаб 8 (2016) 74–103.