Der Einfluss des Niedertemperaturzyklus auf die Leistung der 18650-Batterie

Die verwendete Lithiumbatterie wird einer anderen Umgebung ausgesetzt sein. Beispielsweise liegt die Temperatur im Winter in Nordchina häufig unter 0 ° C bis 10 ° C. Wenn die Lade- und Entladetemperatur des akkus unter 0 ° C fällt, werden die Lade- und Entladekapazität und -spannung des lithium-akkus stark reduziert. Dies liegt daran, dass die Migrationsrate der Lithiumionen in den Elektrolyt-, SEI- und Graphitpartikeln bei niedriger Temperatur abnahm. Eine solch raue kalte Umgebung führt zur Ausfällung einer hohen spezifischen Oberfläche des Lithiummetalls.

Eine hohe spezifische Oberfläche des Lithiumniederschlags ist in den kritischsten Gründen ein Mechanismus zum Versagen der Lithiumbatterie, führt aber auch dazu, dass die Sicherheit der Batterie ein wichtiges Problem darstellt. Dies liegt daran, dass es insbesondere eine große Oberfläche hat, Lithiummetall besonders aktiv brennbar war, eine große Oberfläche des dendritischen Lithiums ein wenig feuchte Luft verbrennen kann.

Mit der Verbesserung der Batteriekapazität von Elektroautos verbessern sich der Aufstiegsbereich sowie der Marktanteil von Elektrofahrzeugen kontinuierlich und stellen immer höhere Anforderungen an die Sicherheit des Elektroautos. In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen, Leistungsbatterie Welche Leistung ändert sich? Welche Sicherheitsaspekte sind zu beachten?

1.18650 Niedertemperaturzyklus-Experiment und die Analyse der Batterie auseinander

will18650 Batterie (2,2 A, NCM523 / Graphit) unter Ein bestimmter Lade- und Entlademechanismus unter 0 ℃ Niedertemperatur-Simulationszyklus. Der Lade- und Entlademechanismus ist: CC - CV-Laden, das Ladeverhältnis beträgt 1 C, die Lade-Abschaltspannung 4,2 V, der Lade-Abschaltstrom 0,05 C, CC nach dem Entladen auf 2,75 V. Da die Batterien SOH sind, beträgt sie 70 % - 80% ist definiert als die Beendigung eines Batteriestatus (EOL). Dieses Experiment wählt SOH beträgt 70%, wenn die Batterie am Ende verwendet wird. Unter der Bedingung der obigen Batteriezykluskurve, wie in 1 (a) gezeigt, basierend auf dem Zyklus nach den Batterien und dem Batteriepolstück und nicht der Zirkulation der Membran-LiMASNMR-Analyse ergibt sich eine chemische Verschiebung, wie in 1 (b) gezeigt.

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Abbildung 1. Die Zellzykluskurve und die LiMASNMR-Analyse

Zyklus vor einigen Zykluskapazitäten bei niedrigem Temperaturanstieg, dann stetigem Abfall, weniger als 50 Zyklen SOH ist auf weniger als 70% gefallen. Teilweise nach dem Test stellte die Batterie fest, dass die negative Polstückoberfläche mit einer Schicht aus Silbermaterial versehen ist für im Umlauf befindliches Lithiummetall nach Abscheidung auf der Oberfläche der Anodenmaterialien. Durch zwei experimentelle Kontrastanalysen der LiMASNMR-Batterie wird das Ergebnis in Abbildung b ebenfalls weiter bestätigt.

Es gibt einen breiten Peak in 0 PPM, veranschaulichen, dass das Lithium in SEI vorhanden ist, Zirkulation, nachdem die Batterie den zweiten Peak in 255 PPM erschien, ist wahrscheinlich Lithiummetallausfällung bei der Bildung der Oberfläche der Anodenmaterialien. Um weiter zu bestätigen, ob der Lithiumdendrit bei der SEM-Beobachtung ist, ist das Ergebnis in Abbildung 2 dargestellt.

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Abbildung 2. Die Ergebnisse der SEM-Analyse

Durch Vergleichen von und b in der Abbildung kann man sehen, dass Diagramm b eine dicke Materialschicht aufweist, aber diese Materie hat Graphitpartikel nicht vollständig bedeckt. SEM weiter Amplifikationsverhältnis, beobachten D Abbildung, um das dicke dünne Blattmaterial mit Nadel zwischen Material zu sehen, dieses Material kann eine hohe spezifische Oberfläche des Lithiums sein (wird auch oft gesagt, dass das dendritische Lithium). Zusätzlich ist die Lithiummetallablagerung Um in Richtung des Diaphragmas zu wachsen, kann seine Dicke durch den Vergleich mit der Dicke der Graphitschicht beobachtet werden.

Welche Form von sedimentärem Lithium vorliegt, hängt von vielen Faktoren ab. Wie die Oberfläche der Störung, Ladestatus, Temperatur, Stromdichte, Elektrolytadditive, Elektrolytzusammensetzung, angelegte Spannung und so weiter. Unter diesen ist es unter den Bedingungen eines niedrigen Temperaturzyklus und einer hohen Stromdichte am einfachsten, eine dichte hochspezifische Oberfläche des Lithiummetalls zu bilden.

2. Die Analyse der thermischen Stabilität des Batteriepolstücks

Forscher, die TGA im Batteriepol verwenden und nicht nach dem Batteriepol zirkulieren, wie in Abbildung 3 gezeigt.

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Abbildung 3. Die negative und die positive Polstück-TGA-Analyse (ab negativ positiv)

Wie oben zu sehen ist, erscheinen unbenutzte Elektroden jeweils in drei wichtigen Peak-T-Materialien 260 ° C, 450 ° C und 725 ° C, an dieser Stelle traten an einigen Stellen schwere Zersetzungsreaktionen, Verdampfungen oder Sublimationen auf. Und nach der Verwendung von Elektroden bei 33 ° C und 200 ° C der offensichtliche Qualitätsverlust. Die Zersetzungsreaktion bei niedriger Temperatur wird durch die Zersetzung des SEI-Films verursacht, was natürlich auch mit Faktoren wie der Elektrolytzusammensetzung zusammenhängt. Eine hohe spezifische Oberfläche der Lithiummetallfällung führt dazu, dass ein Großteil des in der Lithiummetalloberfläche gebildeten SEI-Films eine Batterie bei niedrigem Temperaturzyklus ist, was ein Grund für eine große Anzahl von Qualitätsverlusten ist.

SEM und Zirkulation nach dem Experiment können keine Änderung der Anodenmaterialien auf der Morphologie, TGA-Analyse, die bei einem höheren Qualitätsverlust bei über 400 ° C festgestellt werden. Dieser Massenverlust kann durch Reduktion des Anodenmaterials von Lithium verursacht werden. Wie in 3 (b) gezeigt, verringert das Gleiten mit zunehmender Alterung der Batterie allmählich den Li-Gehalt in der Anode. Der OH100-Verlust von 4,2%, das positive Polstück des %% SOH70, das positive Polstück des Massenverlusts von Insgesamt 5,9%. Insgesamt wird nach einem Niedertemperaturzyklus unabhängig vom positiven oder negativen Polstück die Qualitätsverlustrate erhöht.

3. Die elektrochemische Alterungsanalyse des Elektrolyten

Der Einfluss der Niedertemperaturumgebung auf den Batterieelektrolyten erfolgt durch GC / MS-Analyse. Wurden niemals Zellen gealtert und wurden nach dem Altern Elektrolytproben entnommen? Die Ergebnisse der GC / MS-Analyse sind in Abbildung 4 dargestellt.

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Abbildung 4. GC / MS- und FID-MS-Testergebnisse

Batterieelektrolyt mit niedrigem Temperaturzyklus, der DMC, EC und PC sowie FEC, PS, SN als Additiv zur Verbesserung der Batterieleistung enthält. Bei Nichtzirkulation und Zirkulation nach der Batterie ist die Menge an DMC, EC, PC konstant, der Leitungszyklus nach den Elektrolytadditiven in SN (um die Zersetzung von elektrolytischem Hochspannungsanoden-Elektrolyt-Sauerstoff zu verhindern) nimmt ab, so dass die positive lokale Ladung unter der niedrigen Temperatur abnimmt Zyklus ist die Ursache. BS und FEC sind SEI-filmbildende Additive und fördern die Bildung eines stabilen SEI. FEC kann auch die Stabilität des Batteriezyklus und die Coulomb-Effizienz verbessern. PS-Anoden-SEI kann die thermische Stabilität verbessern. In der Figur ist zu sehen, dass die Menge an PS mit der Alterung der Zellen nicht abnimmt. FEC hat stark reduziert, SOH war 70% sehen nicht einmal die FEC.SEI FEC verschwand aufgrund des kontinuierlichen Wiederaufbaus, und der wiederholte Wiederaufbau des SEI ist ein kontinuierlicher Li-Niederschlag, der in der Anodengraphitoberfläche verursacht wird.

Der Zellzyklus nach DMDOHC ist das Hauptprodukt des Elektrolyten. Die Synthese stimmt mit der Bildung des SEI überein. In Abbildung 4 bedeutet viel DMDOHC den großen Bereich der Bildung von SEI.

4. Ohne Niedertemperaturzyklus Wärmestabilitätsanalyse der Batterie

Unter den adiabatischen Bedingungen und dem HWS-Modell, dem Niedertemperaturzyklus an der Batterie der Batterie und dem ARC-Test (Beschleunigungskalorimeter) mit niedriger Temperaturzirkulation aus dem ARC-HWS wird die exotherme Reaktion durch die interne Batterie verursacht und hat nichts damit zu tun Bei der äußeren Umgebungstemperatur kann die Reaktion innerhalb der Batterie in drei Phasen unterteilt werden, wie in Tabelle 1 gezeigt.

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Beim Prozess der Membran- und Batterieexplosionsthermisierung wird ein Teil der Wärmeabsorption stattfinden, aber die endotherme Membranthermisierung ist sehr gering, da die gesamte SHR ignoriert werden kann. Die anfängliche exotherme Reaktion nach der SEI-Zersetzung und die anschließende thermische Induktion durch eingebettete Lithiumionen können dazu führen, dass Elektronen die Oberfläche des Graphits erreichen und dann die SEI wieder elektronisch reduzieren. Die thermische Stabilität des Testergebnisses ist in Abbildung 5 dargestellt.

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Abbildung 5. Das ARC-HWS-SOC-Ergebnis (a) 0%, (b) 50% SOC, (c) 100% SOC; Gepunktete Linie für die Anfangstemperatur der exothermen Reaktion, die Starttemperatur des thermischen Durchgehens und die Temperatur des thermischen Durchgehens

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Abbildung 6. Die ARC-HWS-Ergebnisse erklären a. Temperatur des thermischen Durchgehens, die größte ID beginnt, cd thermisches Durchgehen Anfangstemperatur exotherme Reaktion Anfangstemperatur

Die anfängliche exotherme Reaktion (OER) der Batterie mit nicht niedrigem Temperaturzyklus begann bei 90 ° C, nahe der Linie bis zu 125 ° C, und mit der Abnahme des SOC zeigte sich, dass die OER extrem vom Zustand des Lithiumions in der Anode abhängt. Für den Batterieentladungsprozess beträgt die Zersetzungsreaktion unter den höchsten in SHR (seit der Heizrate) etwa 160 ° C, die SHR nimmt bei hohen Temperaturen ab und bestimmt somit die Interkalation des Lithiumionenverbrauchs in der Kathode.

Solange genügend Lithium-Ionen-Anode vorhanden ist, kann die Zerstörung des SEI wieder aufgebaut werden. Die thermische Zersetzung des Anodenmaterials kann Sauerstoff freisetzen, eine oxidierende Reaktion mit dem Elektrolyten kann schließlich zum Verhalten des thermischen Durchgehens führen. Unter dem hohen SOC ist das Anodenmaterial im Zustand mit hohem Lithiumgehalt zu diesem Zeitpunkt der Anodenmaterialstruktur auch am instabilsten. Die thermische Stabilität der Folge ist, dass die Batterie abnimmt, Sauerstoff eine Menge freisetzt, um zu erhöhen, zwischen der Anode und dem Elektrolyten in der Reaktionswärme dominiert.

5. Bei der Freisetzung von Gasenergie

Durch die Analyse der Zirkulation nach der Batterie können Sie in der Nähe von 32 ℃ SHR sehen, begann in einer geraden Linie zu wachsen. Bei der Freisetzung von Energie wird bei der Erzeugung von Gas hauptsächlich durch die Zersetzungsreaktion verursacht, zunächst ist die allgemeine Aufgabe die thermische Zersetzung des Elektrolyten.

Eine hohe spezifische Oberfläche von Lithiummetallanodenmaterialien in der Oberflächenfällung kann durch die folgende Gleichung formuliert werden.

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Cp in der Öffentlichkeit für spezifische Wärme, Delta T im Namen der Zersetzungsreaktion in der ARC-Testbatterie seit dem durch kombinierten Heiztemperaturanstieg verursachten Anstieg.

Im ARC-Experiment wird keine Zirkulation zwischen 30 und 120 ℃ Batteriewärmekapazität getestet. Eine exotherme Reaktion trat bei 125 ° C auf, und wenn sich die Batterie im Entladezustand befindet, gibt es keine andere exotherme Reaktion auf die Störung. In diesem Experiment hat der CP eine lineare Beziehung zur Temperatur, die folgende Gleichung.

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Die Menge der Energiefreisetzung in der Reaktion kann bis zur spezifischen Wärme des Integrals durchgehen, wobei jede Batterie unter Niedertemperatur-Wärmealterung 3,3 Kj freisetzen kann. Die Energie, die beim thermischen Durchgehen freigesetzt wird, kann nicht funktionieren.

6. Akupunkturexperiment

Um das Experiment zur Batteriealterung zu bestätigen, wurde der Einfluss des Akupunkturexperiments durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

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Akupunktur als Ergebnis, a ist im Prozess der Akupunktur Batterie Oberflächentemperatur, b ist in der Lage, die Temperatur der größten zu erreichen

Die Abbildung zeigt die Alterung der nach Abschluss der Entladung der Batterie und neuer Batterien (SOC0%) nach Akupunkturexperimenten, der winzige Differenz von nur 10 ~ ~ 20 °. Für nach Alterung der Zellen unter adiabatischen Bedingungen 35 ° Absolute Temperatur T Material, es hat mit SHR Material zu tun 0,04 K / min ist konsistent.

Nicht der Batterie-SOC der Alterung betrug 50%, nachdem 30 s die maximale Temperatur von 120 ° C erreicht hatten. Die Freisetzung der Temperatur der Joule-Wärme reicht nicht aus, um dies zu erreichen, mehr als die Anzahl der thermischen Diffusions-SHR. Die Alterung im SOC betrug 50%, nachdem die Batterie eine gewisse Verzögerung für das thermische Durchgehen aufweist, scharf, wenn die Nadel in die Batterietemperatur auf 135 ° C eintaucht. Bei über 135 ° C verursachte der SHR-Anstieg das thermische Durchgehen der Batterie, die Batterieoberflächentemperatur auf 400 ℃.

Eine neue Batterieladung für Akupunkturexperimente ist ein anderes Phänomen. Einige Zellen erwärmen sich direkt außer Kontrolle, einige Zellenoberflächentemperaturen unter 125 ° C, kein thermisches Durchgehen. Ein Stück direkter thermisch durchgebrannter Batterie nach dem Einstechen der Nadel in die Batterie erreichte die Oberflächentemperatur 700 ° C, was zu Aluminiumfolie führte. Nach einigen Sekunden schmolz eine Säule von der Batterie weg und leuchtete dann aus dem Gas heraus, was zu Rot führte. Kann davon ausgehen, dass zwei Sätze unterschiedlicher Phänomene bei 135 ° C auftreten, damit die Membran schmilzt. Wenn die Temperatur höher als 135 ° C ist, schmilzt die Membran und ein interner Kurzschluss erzeugt mehr Wärme, was schließlich zu einem thermischen Durchgehen führt. Um die Angelegenheit zu überprüfen, wird keine thermisch durchgebrannte Batterie zerlegt und das AFM in der Membran ausgewertet. Das Ergebnis zeigt, dass auf der Membran auf beiden Seiten der Membran aufgetreten ist, um den Ausgangszustand zu schmelzen, jedoch immer noch auf der Kathodenseite der porösen Struktur auftrat und auf der Anodenseite nicht gefunden wurde.

7. Zusammenfassend

18650 Batterie unter der Niedertemperaturzirkulation, anfällig für eine hohe spezifische Oberfläche der Lithiummetallfällung, Lithiummetallform hängt mit Faktoren wie der Stromdichte und der Spannung zusammen. Es kann eine wichtige Rolle spielen, den Elektrolyten zu ziehen, wenn Batterie und Niedertemperaturzyklus nicht gleichzeitig nach der Batterie aus Stabilitätsgründen, wie z. B. bei Akupunkturversuchen, durchlaufen werden. Ein Niedertemperaturzyklus im Batterieelektrolyten führt zu einer anderen Zersetzungsreaktion, sodass Batterien nach einem Niedrigtemperaturzyklus instabiler werden und mechanischer Missbrauch die Sicherheitsrisiken verbessert.

Um die Sicherheit der Batterie zu erhöhen, die Notwendigkeit, den Elektrolyten und die Elektrode zu reduzieren, ist die Reaktion zwischen der Elektrode und der Elektrolytkontaktschnittstelle ein wichtiger Forschungsinhalt.

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