By hoppt
O rendemento das baterías de ión-litio vese moi afectado polas súas características cinéticas. Debido a que o Li+ debe desolvarse primeiro cando está incrustado no material de grafito, necesita consumir unha certa cantidade de enerxía e dificultar a difusión do Li+ no grafito. Pola contra, cando se libera Li+ do material de grafito á solución, o proceso de solvatación ocorrerá primeiro e o proceso de solvatación non require consumo de enerxía. Li+ pode eliminar rapidamente o grafito, o que leva a unha aceptación de carga significativamente peor do material de grafito. Na aceptabilidade de descarga .
A baixas temperaturas, as características cinéticas do electrodo de grafito negativo melloraron e empeoraron. Polo tanto, a polarización electroquímica do electrodo negativo intensifícase significativamente durante o proceso de carga, o que pode levar facilmente á precipitación de litio metálico na superficie do electrodo negativo. A investigación realizada por Christian von Lüders da Universidade Técnica de Múnic, Alemaña, demostrou que a -2 °C, a taxa de carga supera C/2 e a cantidade de precipitación de litio metálico aumenta significativamente. Por exemplo, á taxa de C/2, a cantidade de recubrimento de litio na superficie do electrodo oposto é aproximadamente da carga enteira. 5.5% da capacidade, pero alcanzará o 9% con aumentos de 1C. O litio metálico precipitado pode desenvolverse aínda máis e eventualmente converterse en dendritas de litio, atravesando o diafragma e provocando un curtocircuíto dos electrodos positivos e negativos. Polo tanto, é necesario evitar na medida do posible cargar a batería de ión-litio a baixas temperaturas. Cando debe cargar a batería a baixa temperatura, é esencial seleccionar unha pequena corrente para cargar a batería de iones de litio o máximo posible e almacenar completamente a batería de iones de litio despois da carga para garantir que o litio metálico precipite desde o electrodo negativo. pode reaccionar co grafito e reincrustarse no electrodo negativo de grafito.
Veronika Zinth e outros da Universidade Técnica de Múnic utilizaron a difracción de neutróns e outros métodos para estudar o comportamento da evolución do litio das baterías de ión-litio a unha temperatura baixa de -20 °C. A difracción de neutróns foi un novo método de detección nos últimos anos. En comparación coa XRD, a difracción de neutróns é máis sensible aos elementos lixeiros (Li, O, N, etc.), polo que é moi adecuada para probas non destrutivas de baterías de ión-litio.
No experimento, VeronikaZinth utilizou a batería NMC111/grafito 18650 para estudar o comportamento da evolución do litio das baterías de ión-litio a baixas temperaturas. A batería cárgase e descárgase durante a proba segundo o proceso que se mostra na figura seguinte.
A seguinte figura mostra o cambio de fase do electrodo negativo baixo diferentes SoC durante o segundo ciclo de carga coa taxa de carga C/30. Pode parecer que a un 30.9% de SoC, as fases do electrodo negativo son principalmente LiC12, Li1-XC18 e unha pequena cantidade de LiC6 Composición; despois de que o SoC supera o 46%, a intensidade de difracción de LiC12 segue diminuíndo, mentres que a potencia de LiC6 segue aumentando. Non obstante, mesmo despois de completar a carga final, xa que só se cargan 1503 mAh a baixa temperatura (a capacidade é de 1950 mAh a temperatura ambiente), existe LiC12 no electrodo negativo. Supoñamos que a corrente de carga se reduce a C/100. Nese caso, a batería aínda pode obter unha capacidade de 1950 mAh a baixas temperaturas, o que indica que a diminución da potencia das baterías de ión-litio a baixas temperaturas débese principalmente ao deterioro das condicións cinéticas.
A seguinte figura mostra o cambio de fase do grafito no electrodo negativo durante a carga segundo a taxa C/5 a unha temperatura baixa de -20 °C. Pódese ver que o cambio de fase do grafito é significativamente diferente en comparación coa taxa de carga C/30. Pódese ver na figura que cando SoC> 40%, a forza de fase da batería LiC12 baixo a taxa de carga C/5 diminúe significativamente máis lentamente, e o aumento da forza de fase LiC6 tamén é considerablemente máis débil que a do C/30. taxa de carga. Mostra que a unha taxa relativamente alta de C/5, menos LiC12 segue intercalando litio e convértese en LiC6.
A seguinte figura compara os cambios de fase do electrodo de grafito negativo cando se carga a velocidades C/30 e C/5, respectivamente. A figura mostra que para dúas taxas de carga diferentes, a fase pobre en litio Li1-XC18 é moi similar. A diferenza reflíctese principalmente nas dúas fases de LiC12 e LiC6. A partir da figura pódese ver que a tendencia do cambio de fase no electrodo negativo está relativamente próxima na fase inicial de carga baixo as dúas taxas de carga. Para a fase LiC12, cando a capacidade de carga alcanza os 950 mAh (49% SoC), a tendencia cambiante comeza a parecer diferente. Cando se trata de 1100 mAh (56.4% SoC), a fase LiC12 baixo os dous aumentos comeza a mostrar unha brecha significativa. Cando se carga a unha baixa taxa de C/30, o descenso da etapa LiC12 é moi rápido, pero a caída da fase LiC12 á taxa C/5 é moito máis lenta; é dicir, as condicións cinéticas de inserción de litio no electrodo negativo deterioráronse a baixas temperaturas. , Para que LiC12 intercala aínda máis litio para xerar LiC6 velocidade de fase diminuíu. En consecuencia, a fase LiC6 aumenta moi rapidamente a unha taxa baixa de C/30 pero é moito máis lenta a unha taxa de C/5. Isto mostra que á taxa C/5, o Li máis pequeno está incrustado na estrutura cristalina do grafito, pero o interesante é que a capacidade de carga da batería (1520.5 mAh) á taxa de carga C/5 é maior que a do C. /30 taxa de carga. A potencia (1503.5 mAh) é maior. O Li extra que non está incrustado no electrodo negativo de grafito é probable que se precipite na superficie do grafito en forma de litio metálico. O proceso permanente despois do final da carga tamén o demostra desde un lado, un pouco.
A seguinte figura mostra a estrutura de fase do electrodo de grafito negativo despois da carga e despois de permanecer 20 horas. Ao final da carga, a fase do electrodo de grafito negativo é moi diferente baixo as dúas taxas de carga. En C/5, a proporción de LiC12 no ánodo de grafito é maior e a porcentaxe de LiC6 é menor, pero despois de permanecer durante 20 horas, a diferenza entre ambos fíxose mínima.
A seguinte figura mostra o cambio de fase do electrodo de grafito negativo durante o proceso de almacenamento de 20 horas. Pódese ver na figura que aínda que as fases dos dous electrodos opostos aínda son moi diferentes ao principio, a medida que aumenta o tempo de almacenamento, os dous tipos de carga A etapa do ánodo de grafito baixo a ampliación cambiou moi preto. O LiC12 pode seguir converténdose en LiC6 durante o proceso de almacenamento, o que indica que o Li seguirá incrustado no grafito durante o proceso de almacenamento. Esta parte de Li é probable que o litio metálico precipitou a superficie do electrodo de grafito negativo a baixa temperatura. Unha análise adicional mostrou que ao final da carga á taxa C/30, o grao de intercalación de litio do electrodo de grafito negativo era do 68%. Aínda así, o grao de intercalación de litio aumentou ata o 71% despois da estantería, un aumento do 3%. Ao final da carga á taxa C/5, o grao de inserción de litio do electrodo de grafito negativo era do 58%, pero despois de permanecer durante 20 horas, aumentou ata o 70%, un aumento total do 12%.
A investigación anterior mostra que ao cargar a baixas temperaturas, a capacidade da batería diminuirá debido ao deterioro das condicións cinéticas. Tamén precipitará o metal de litio na superficie do electrodo negativo debido á diminución da taxa de inserción de litio de grafito. Non obstante, despois dun período de almacenamento, esta parte do litio metálico pódese incorporar de novo no grafito; no uso real, o tempo de almacenamento adoita ser curto e non hai garantía de que todo o litio metálico poida ser incorporado de novo no grafito, polo que pode provocar que siga existindo algún litio metálico no electrodo negativo. A superficie da batería de ión-litio afectará a capacidade da batería de ión-litio e pode producir dendritas de litio que poñan en perigo a seguridade da batería de ión-litio. Polo tanto, intente evitar cargar a batería de iones de litio a baixas temperaturas. Baixa corrente, e despois da configuración, asegúrese de que o tempo de almacenamento é suficiente para eliminar o litio metálico no electrodo de grafito negativo.
Este artigo refírese principalmente aos seguintes documentos. O informe só se utiliza para presentar e revisar traballos científicos relacionados, a docencia na aula e a investigación científica. Non para uso comercial. Se tes algún problema de copyright, póñase en contacto connosco.
1. Valora a capacidade dos materiais de grafito como electrodos negativos en capacitores de ión-litio, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo
2. Revestimento de litio en baterías de ión-litio investigado pola relaxación da tensión e a difracción de neutróns in situ, Journal of Power Sources 342 (2017) 17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen
3. Revestimento de litio en baterías de ión-litio a temperaturas inferiores á ambiente investigado mediante difracción de neutróns in situ, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles
responder dentro de 6 horas, calquera pregunta é benvida!
