የ CATL ፎስፌት ቻርጅ ሊቲየም ባትሪ ከፍተኛ የሙቀት ማከማቻ አፈጻጸም መመናመን ምክንያት ትንታኔ

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Zentral elektriko eramangarrien hornitzailea

ካትልካትል 60 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ባለው የኤሌክትሪክ ክፍተት ውስጥ ያለውን የማከማቻ አቅም ማጣት ምክንያቶችን ለመመርመር የሊቲየም ብረት ፎስፌት አዮን ባትሪውን ይጠቀማል። የባትሪ አቅም መቀነስ ሜካኒዝም ከባትሪ እና ከፖል ደረጃ ስርዓት በአካላዊ ባህሪ እና በኤሌክትሮኬሚካዊ አፈፃፀም ግምገማ። I.

የሙከራ ሂደት ሙከራዎች CATL ምርት 86AH ጋር ካሬ ፎስፌት ion ባትሪ. ባትሪው በ LifePO4 ውስጥ አወንታዊ የኤሌክትሮል ንጥረ ነገር ነው ፣ ግራፋይት የ polyethylene መለያ እና የ LiPF6 ኤሌክትሮላይት በመጠቀም አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ ነው። ለተመሳሳዩ ስብስብ ቅርብ የሆኑ 20 ባትሪዎችን ይምረጡ እና ለማከማቸት የኤሌክትሪክ አፈፃፀም ፣ የባትሪውን የኤሌክትሪክ አፈፃፀም ይፈትሹ።

100% SOC ባትሪ 60 ° ሴ ከ 2.50 እስከ 3.65V መካከል ባለው ማተሚያ ውስጥ ይከማቻል ፣ የ 0 ፍሰት።

5C ማጉላት - የኃይል መሙያ ዑደት. ከዚያም ሙሉ በሙሉ የሚሞላ ባትሪ በ 60 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ተከማችቷል. እንደዚህ አይነት ተደጋጋሚ, የባትሪውን አቅም የመቀነስ ሂደትን መመዝገብ.

በእያንዳንዱ የአቅም ሙከራ ወቅት የባትሪው 5C/30S የዲሲ ውስጣዊ ተቃውሞ (DCR) ይሞከራል። ባትሪውን በተለያዩ የማከማቻ ጊዜዎች ይውሰዱ እና ሙሉ በሙሉ በተለቀቀ ሁኔታ፣ በኤአር ጋዝ ጓንት ሳጥን ውስጥ ተለያይቷል። የዋልታውን ሞርፎሎጂ ለመከታተል የመስክ ልቀትን የሚቃኝ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ይጠቀሙ፣ የተወሰነውን የገጽታ ቦታ ለመፈተሽ የተወሰነ የወለል ተንታኝ ይጠቀሙ።

በጓንት ሳጥኑ ውስጥ, የኤሌክትሮል ቁርጥራጭ ግልጽ በሆነ ቴፕ የታሸገ ነው, እና የኤሌክትሮል ንጥረ ነገር በኤክስ ሬይ ዲፍራክቶሜትር በመጠቀም ይመረመራል. ከባትሪው መፍረስ በኋላ ያለው የዋልታ ቁራጭ የሚሠራው ኤሌክትሮድ ነው፣ የሊቲየም ሉህ ቆጣሪ ኤሌክትሮድ ነው፣ እና በ CR2032 ዘለበት ባትሪ የተገጠመለት እና የዪን እና የበታች ሳህን ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያት ነው። የኤሌክትሮኬሚካላዊ እክል ስፔክትረም የመቆለፊያ ባትሪ ከኤሌክትሮኬሚካላዊ የስራ ቦታ ጋር።

የኢንደክቲቭ ትስስር ፕላዝማ ልቀት ስፔክትሮሜትር በመጠቀም የኤሌክትሮል ሉህ ንጥረ ነገር ይዘት ትንተና። ሁለተኛ፣ ውጤቶቹ ተብራርተዋል 1. የባትሪ አፈጻጸም ትንተና ምስል 1 የባትሪ አቅም መመናመን እና መሙላት እና መፍሰስ አፈጻጸም ነው።

የማከማቻ ጊዜ ሲራዘም የባትሪ አቅም ቀስ በቀስ እየበሰበሰ ይሄዳል። የማጠራቀሚያው ጊዜ 575 ዲ ሲደርስ የባትሪው አቅም መቀነስ ከመጀመሪያው አቅም 85.8% ነው።

ባትሪው ተሞልቶ በ 0.02 ሲ, እና መካከለኛ የባትሪ ቮልቴጅ ኩርባ በግራፋይት ምክንያት ከሚፈጠሩ ብዙ የመሳሪያ ስርዓቶች የተካተቱ የሊቲየም ions ይዟል, ይህም የ 0.02c ማጉላት በሊቲየም ion ሂደት ውስጥ በግራፋይት መዋቅር ውስጥ ለግራፋይት መዋቅር መሰጠቱን ያመለክታል.

በቂ ነው። , በዑደቶች ላይ የፖላራይዜሽን ውጤቶችን በተሳካ ሁኔታ ያስወግዱ. ምስል 1 የባትሪ አቅም መቀነስ እና መሙላት እና መሙላት አፈጻጸም ከ 0 ጋር ተነጻጽሯል.

5 አጉሊ መነፅር፣ የኃይል መሙያ እና የመልቀቂያ ጥምርታ ወደ 0.02c ዝቅ ብሏል፣ ይህም የማከማቻ 181 እና 575d ባትሪዎችን የአቅም ማቆየት ሬሾን ወደ 0.8% እና 1 ብቻ ሊያሳድገው ይችላል።

4%. ስለዚህ, ለረጅም ጊዜ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻ ምክንያት የሚፈጠረው የባትሪ አቅም መቀነስ የማይቀለበስ የአቅም ማነስ ነው. በተጨማሪም ፣ የባትሪው የዲሲ ውስጣዊ የመቋቋም ስፋት እየጨመረ እና ጉልህ አለመሆኑን ያሳያል ፣ ይህ ደግሞ የባትሪው ውስጣዊ ፖላራይዜሽን የቀን መቁጠሪያ ማከማቻ የባትሪ አቅም የማይቀለበስ attenuation አስፈላጊ ምክንያት አለመሆኑን ያሳያል ።

2. የባትሪ አቅም አቴንሽን ሜካኒዝም ትንተና የባትሪ አቅም ምንጩን ለመተንተን፣ ባትሪው 100% ኤስኦሲ እንዲሞላ ወይም ከ1C ማጉላት በኋላ ወደ 100% DOD ይወጣል። የዪን እና ዝቅተኛ የንቁ እቃዎች አወቃቀር, ኤለመንታዊ ስብጥር እና ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያት ላይ ከፍተኛ የሙቀት ማከማቻ ተፅእኖን ለመመርመር የተበታተነው ምሰሶ ትንተና.

የተለያዩ የከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ ጊዜ የባትሪ ካቶድ ተንሸራታች ትንተና በ100% DOD XRD ካርታ። ከ LifePO4 እና FEPO4 የXRD መደበኛ ስፔክትረም ጋር ሲነጻጸር፣ ሁሉም የዋልታ ስላይድ የሚለያዩ ጫፎች ይዛመዳሉ፣ ምንም ልዩ ደረጃ የለም። ምስል 2 XRD ስፔክትረም የባትሪ ካቶድ የተለያዩ የማከማቻ ጊዜዎች ከፍተኛ ሙቀት ትውስታ የኋላ electrode ወረቀት ኤሌክትሮኬሚካላዊ ንብረቶች 100% SOC ላይ የተለያዩ የማከማቻ ጊዜ ይቀንሳል, ይህም ውስጥ electrode የሚሠራው electrode ጥቅም ላይ ይውላል ባትሪ, ክፍያ እና 0 ጋር ፈሳሽ ሙከራ.

1C ማጉላት. የተለያዩ የማከማቻ ጊዜ ባትሪዎች ካቶድ ንቁ ንጥረ ነገር የመጀመሪያ መፍሰስ ውድር ከ 155 ሚአሰ / ሰ, እና ማከማቻ ባትሪ ያለ ካቶድ ንቁ ንጥረ የተወሰነ አቅም ግልጽ ጉዳት ያለ LIFEPO4 መዋቅር ማከማቻ ቅርብ ነው. በስእል 3 (ሐ) ላይ ያለው የመቆለፊያ ባትሪ ቋሚ የቮልቴጅ ክፍያ በትንሹ ተጨምሯል ፣ ግን አጠቃላይ የኃይል መሙያው መጠን አሁንም ያለ ማከማቻ ባትሪ ካቶድ አክቲቭ ንጥረ ነገር ካለው የተወሰነ አቅም ጋር ቅርብ ነው።

ከ 575D በኋላ የባትሪው ካቶድ ፖላራይዜሽን ጨምሯል, ነገር ግን የካቶድ ቁሳቁስ የሊቲየም ማከማቻ አቅም አይጎዳውም, እና በተከማቸ ሂደት ውስጥ የኤሌክትሮላይት ብስባሽ ምርት ማከማቸት ሊዛመድ ይችላል. ምስል 3 የ ዘለበት ባትሪ ቻርጅ እና መውረጃ ኩርባ ባልተፈታ ባትሪ የቤት ውስጥ ኤሌክትሮድ የሚገጣጠምበት 181 እና 575d በቅደም ተከተል 335 ነው።

6 እና 327.1 mAh / g, በቅደም ተከተል. የተከማቸ የባትሪ አኖዶስ ዘለላ ባትሪ 0 ሆኖ ተገልጧል።

8% እና 3.0%, የሊቲየም ግራፋይት ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻም በጣም ትንሽ መሆኑን ያመለክታል. ለባትሪ ደህንነት እይታ በአጠቃላይ ባትሪው ውስጥ ያለው አጠቃላይ የአኖድ መጠን ከጠቅላላው የካቶድ አጠቃላይ አቅም 10% ይበልጣል ስለዚህ በከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ ምክንያት የሚፈጠረው የአኖድ የማይቀለበስ የአቅም ማነስ የሙሉ ባትሪውን አቅም አይጎዳውም ።

ማከማቻ 181 እና 575D አኖድ የማይቆም መጠን ያለው 90.4% እና 84.5% የአኖድ የመጀመሪያ ቻርጅ ጥምርታ የመጀመርያው የመሙላት አቅም ሲሆን የእውነተኛው የባትሪ አቅም መጠን ቅርብ ነው።

ስለዚህ የባትሪውን አቅም መቀነስ አስፈላጊው ምክንያት በሁሉም ባትሪዎች ውስጥ ንቁ የሆኑ የሊቲየም ions መጥፋት ነው። በማጠቃለያው, ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻው የ LIFEPO4 እና የግራፍ ኤሌክትሮዶች ልዩነት ላይ ተጽዕኖ አይኖረውም. 100% ዶዲ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻ ባትሪ የፔል ካቶድ መገኘት ነው, የ anode መቀበል የሚችል የሊቲየም አዮን መጠን መንስኤ delatycheskoe aktyvnыh electrode ቁስ ለመለወጥ ችሎታ ላይ ጉልህ ለውጥ አይደለም, ነገር ግን በባትሪው ውስጥ ባለው ባትሪ ምክንያት.

የ ionዎች ቁጥር ያነሰ ይሆናል. በባትሪው ውስጥ ያለው ንቁ ሊቲየም አዮን የሚበላው በኤሌክትሮል / ኤሌክትሮላይት በይነገጽ በኤሌክትሮል / ኤሌክትሮላይት በይነገጽ ሲሆን የነቃ የሊቲየም አዮን ኪሳራ ዋና መንስኤ የማከማቻ አቅም ማጣት ዘዴን ግንዛቤን ለመጨመር ይረዳል ። በካቶድ ውስጥ ባለው ካቶድ ውስጥ የ LifePO4 ቅንጣቶች የዋልታ ማይክሮፓቶሎጂ ትንተና ፣ የንጥሉ መጠን 200 nm ያህል ነው ። ከ 181 ዲ ማከማቻ በኋላ ፣ በ LIFEPO4 ቅንጣቶች መካከል ያለው ባዶ መጠን በከፍተኛ ሁኔታ አልተለወጠም ፣ ከ 575D ማከማቻ በኋላ, በቅንጦቹ መካከል ያለው ክፍተት በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል.

በግራፍ አኖድ ውስጥ ፣ የማከማቻ ጊዜ ሲጨምር ፣ የጎን ምላሽ ሰጪ ምርት መጠን እንዲሁ ተቀይሯል። 4 (መ)፣ (ሠ)፣ (ረ)]። በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ በተከማቸ አሠራር ውስጥ ያለው ንዑስ-ተለዋዋጭ ምርት በፖሊው ውስጥ ይቀመጣል, እና ምሰሶው ቅርፅ ይለወጣል.

ከላይ ለተጠቀሰው የሊቲየም ion ኪሳራ የንዑስ ምላሽ ተጽእኖን ለመለየት በዪን እና በወንድ ንጥረ ነገር ውስጥ ያለው የ Li ይዘት የነቃ የሊቲየም ion መጥፋት ዋና መንስኤን ለማጥናት የበለጠ ይተነተናል። ምስል 4 የባትሪ ምሰሶ ሞርፎሎጂ ሰንጠረዥ 1 የ ICP-OES የ 100% SOC ባትሪ ዪን አኖድ የፈተና ውጤት ነው። በካቶድ ውስጥ የሊ ይዘት ለውጥ ግልጽ አይደለም.

የአኖድ LI ይዘት እንዲሁ በተመሳሳይ ደረጃ ተጠብቆ ይቆያል፣ ስለዚህ የዪን እና ሽማግሌ ምሰሶ LI ጥንካሬ በተለያዩ የማከማቻ ጊዜ ባትሪዎች ውስጥ ያለው አጠቃላይ መጠን በከፍተኛ ሁኔታ አልተለወጠም። ሠንጠረዥ 1 የተለያዩ የማከማቻ ጊዜ ባትሪዎች (100% SOC) የፖላር ኤለመንት ይዘት የ 100% SOC ባትሪ ካቶድ ሉህ በጣም ዝቅተኛ ስለሚይዝ ንቁ የሊቲየም ion መጥፋት በአኖድ ውስጥ ማስቀመጥ አስፈላጊ ነው. በ 100% ኤስ.ኦ.ሲ ከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ ውስጥ, አኖድ ፖቲየም በጣም ዝቅተኛ በሆነበት ሁኔታ ውስጥ በሚገኝበት ሁኔታ ውስጥ ነው, እና ኤሌክትሮላይቱ በቀላሉ በላዩ ላይ ምላሽ ይሰጣል, እና ሊቲየም ions ይበላሉ, እና ሊቲየም የያዙ የጎን ምላሽ ሰጪ ምርቶች.

የ anode ያለውን የሚሟሟ ሊቲየም ወለል ያለውን ስብጥር ለመወሰን, 100% DOD ባትሪ መፍረስ titrated ነው, እና ውጤት ሠንጠረዥ 2 ላይ ይታያል. ሠንጠረዥ 2100% የ DOD ባትሪ አኖድ የሚሟሟ ሊቲየም በካርቦኔት ሞርፎሎጂ ውስጥ ያለውን የአኖድ ገጽን ይመሰርታል ፣ ይህም የማከማቻ ጊዜ ሲራዘም ይጨምራል (ሠንጠረዥ 2 ይመልከቱ) ፣ ይህም የባትሪ ማከማቻ ሂደት ብዙ ቁጥር ያላቸው ኢንኦርጋኒክ የሊቲየም ጨው ክፍሎችን እንደሚፈጥር ያሳያል ። ኦርጋኒክ ያልሆነው ጨው በባትሪ ማከማቻ ወቅት ከፍተኛ መጠን ያለው ኤሌክትሮላይት መበስበስ ምክንያት የሚከሰተው የሟሟ ቅነሳ ምላሽ አስፈላጊ ምርት ነው።

የኤሌክትሮድ ምላሽ ዳይናሚክስ ኤሌክትሮኬሚካላዊ የጭስ ማውጫ ስፔክትሮስኮፒ (ስእል 5 ይመልከቱ) ምንም እንኳን ካቶድ RCT በከፍተኛ የሙቀት መጠን የማከማቻ ጊዜ ቢጨምርም [ምስል 5 ይመልከቱ. 5 (a)], ግን ካቶድ RCT ትንሽ ነው, የባትሪው ውስጣዊ ተቃውሞም ትንሽ ነው. Anode EIS [ምስል.

5 (ለ)] RSEi ከማከማቻው ጊዜ ጋር ግልጽ አይደለም፣ ነገር ግን RCT ከማጠራቀሚያው ጊዜ ጋር ይራዘማል። የኤሌክትሮላይት ንዑስ-ምላሽ ምርት በከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ ውስጥ በመቆየቱ ፣ የአኖድ ሬሾ ወለል በማከማቻ ጊዜ ይቀንሳል እና የአኖድ የተወሰነ ወለል 0 ፣ 181 እና 575d ባትሪ 3.42 ፣ 2 ነው።

97 እና 1.84 ሴሜ 2 / ሰ. የአኖድ ሬሾ ወለል አካባቢ በአኖድ / ኤሌክትሮላይት ወለል ላይ የሚፈጠረውን የኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሽ እንቅስቃሴን ይቀንሳል, በዚህም ምክንያት የኃይል ማስተላለፊያ መከላከያ RCT ይጨምራል.

ምስል 5 በባትሪው ኤሌክትሮኬሚካላዊ እክል ስፔክትረም ውስጥ ተገልጿል. በከፍተኛ የሙቀት ማከማቻ ሂደት ውስጥ, የሊቲየም ሁኔታ anode ዝቅተኛ እምቅ ሁኔታ ውስጥ ነው, እና ኤሌክትሮ ቅነሳ ምላሽ ንቁ የሊቲየም አየኖች ይበላል, እና በመጨረሻም inorganic የሊቲየም ጨው ያመነጫል; ከፍተኛ ሙቀት መጨመር ኤሌክትሮላይዝስ ፈሳሽ ቅነሳ ምላሽ መጠን, ከፍተኛ መጠን ያለው ሊቲየም ion በማንቃት (ስእል 6).

በተጨማሪም ፣ የአኖድ ጎን ምላሽ ሰጪ ምርቶች ክምችት ፣ የ SEI ፊልም ጥቅጥቅ ያለ ነው ፣ በዚህም ምክንያት የኤሌክትሮል ኪነቲክ አፈፃፀም መበላሸት ያስከትላል። ምስል 6, የማጠራቀሚያ አቅም ማሽነሪ ማሽን ይታያል. 3.

የባትሪ ከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ አፈጻጸም በባትሪው ውስጥ የአቅም ማጣት ምክንያት የተሻሻለ ከፍተኛ ሙቀት ማከማቻ ሂደት አስፈላጊ የሊቲየም አዮን ኪሳራ ወደ anode ወለል ላይ የጎንዮሽ ምላሽ ምክንያት የሚከሰተው, SEI ፊልም thermally ማረጋጊያ ተጨማሪዎች (ASR) በማከል ጀምሮ SEI ፊልም ያለውን ከፍተኛ ሙቀት መረጋጋት ለማሳደግ, anode ላይ ላዩን ጎን reactivity ይቀንሳል, ንቁ የሊቲየም ion ኪሳራ ይቀንሳል. ምስል 7 የተለያዩ የኤሌክትሮላይት ባትሪ ማከማቻ ኩርባዎች እና የ SEI ሽፋን የሙቀት መቆጣጠሪያ መሠረተ ልማት 1% ኤኤስአር የባትሪውን ከፍተኛ የሙቀት መጠን የማከማቸት ጊዜን በብቃት ሊያሻሽል ይችላል። 1% ASR ከጨመረ በኋላ፣ 575D የአቅም ማቆየት ጥምርታ ከ85 ጨምሯል።

ከ 8% እስከ 87.5% [ምስል 7 (ሀ)]. የDCR Rolling Rate ከመሠረታዊ ኤሌክትሮላይት በእጅጉ ያነሰ ነው፣ እና የአኖድ የሚሟሟ ሊቲየም የያዘው ውህድ ይዘት እንዲሁ ቀንሷል (ሠንጠረዥ 3)።

የ DSC ትንተና በ 100% SOC ባትሪ anode ላይ ይከናወናል [ምስል. 7 (ለ)]፣ ለቀሪው ሟሟ ከ100 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ በታች የሙቀት መምጠጥ ጫፎች። ሠንጠረዥ 3 የ anode የሚሟሟ ሊቲየም 100% DOD ባትሪ በፊት anode የሚሟሟ ሊቲየም ታክሏል, እና anode 90 ° C ለ anode ወለል SEI በመበስበስ exotherm ይጀምራል; ASR ከተጨመረ በኋላ የመበስበስ ሙቀት ወደ 101 ° ሴ ይጨምራል.

ASR ከተጨመረ በኋላ የ SEI የሙቀት መረጋጋት በከፍተኛ ሁኔታ ይሻሻላል, እና የነቃ የሊቲየም ion ብክነት መቀነስ እና የባትሪ ማከማቻ ህይወት ሊሻሻል ይችላል. ሦስተኛ, የመጨረሻው መደምደሚያ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያትን, የፖላር ፊዚክስ እና ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያትን ይመረምራል የንግድ ልውውጥ ፎስፌት ion ባትሪ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻ እና የባትሪ አቅም ማጣት በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ካለው የአኖድ ቅነሳ ኤሌክትሮላይት ዝቅተኛ አቅም ውስጥ አስፈላጊ ነው. ንቁ የሊቲየም ion መጥፋትን ያስከትላል።

የ anode ቅነሳ ኤሌክትሮ ንዑስ-ምላሽ ምርት አንድ anode ውስጥ ተቀማጭ ነው, እና ተቀማጭ ውስጥ inorganic ክፍል የሊቲየም አዮን ስርጭት እንቅፋት, ስለዚህ anode ምላሽ kinetics ይቀንሳል. በኤሌክትሮላይት ውስጥ ያለውን የ SEI ሽፋን ቴርሞስታቲሽን በማከል የ SEI ፊልም የሙቀት መረጋጋትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ለማሻሻል ፣ የኤሌክትሮላይት ቅነሳ ምላሽን ለመቀነስ ፣ የነቃውን የሊቲየም ion ፍጆታን ለመቀነስ እና ከፍተኛ የሙቀት መጠን ማከማቻ ህይወትን ለማሻሻል።