تحليل سبب ضعف أداء تخزين بطارية الليثيوم ذات درجة الحرارة المرتفعة لشحن الفوسفات CATL

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Portable Power Station supplementum

تستخدم شركة Catlcatl بطارية أيون فوسفات الحديد الليثيوم التجارية الخاصة بها لاستكشاف أسباب فقدان سعة التخزين في مساحة كهربائية تبلغ 60 درجة مئوية. آلية إضعاف سعة البطارية من نظام البطارية ومستوى القطب من خلال التوصيف الفيزيائي وتقييم الأداء الكهروكيميائي. I.

تجارب عملية تجريبية باستخدام إنتاج CATL لبطارية أيون الفوسفات المربعة بسعة 86AH. البطارية عبارة عن مادة قطب موجب من LifePO4، والجرافيت عبارة عن مادة قطب سالب، وذلك باستخدام فاصل البولي إيثيلين وإلكتروليت LiPF6. قم باختيار 20 بطارية قريبة من نفس الدفعة والأداء الكهربائي للتخزين، ثم اختبر الأداء الكهربائي للبطارية.

يتم تخزين بطارية 100% SOC عند 60 درجة مئوية في مكبس بين 2.50 إلى 3.65 فولت، وتفريغ 0.

تكبير 5C - دورة الشحن. ثم يتم تخزين البطارية القابلة لإعادة الشحن بالكامل عند درجة حرارة 60 درجة مئوية. تتكرر هذه العملية لتسجيل عملية إضعاف سعة البطارية.

أثناء كل اختبار قدرة، يتم اختبار المقاومة الداخلية للتيار المستمر (DCR) للبطارية 5C / 30S. قم بتمرير البطارية عبر أوقات تخزين مختلفة وفي حالة تفريغها بالكامل، ثم قم بتفكيكها في صندوق قفازات غاز AR. استخدم المجهر الإلكتروني المسحي الانبعاثي الميداني لمراقبة الشكل القطبي، واستخدم محلل سطح محدد لاختبار مساحة السطح المحددة.

في صندوق القفازات، يتم غلق قطعة القطب بشريط شفاف، ويتم تحليل مادة القطب باستخدام جهاز حيود الأشعة السينية. القطعة القطبية بعد إذابة البطارية هي القطب العامل، والورقة الليثيوم هي القطب المضاد، ومجهزة في بطارية مشبك CR2032، والخصائص الكهروكيميائية للين واللوحة السفلية. طيف المعاوقة الكهروكيميائية لبطارية مشبك مع محطة عمل كهروكيميائية.

تحليل المحتوى العنصري لصفائح القطب الكهربائي باستخدام مطياف انبعاث البلازما الحثّي. ثانياً، النتائج التي تمت مناقشتها 1. تحليل أداء البطارية يوضح الشكل 1 إضعاف سعة البطارية وأداء الشحن والتفريغ.

مع تمديد وقت التخزين، تنخفض سعة البطارية تدريجيًا. عندما يصل وقت التخزين إلى 575 يومًا، يكون التوهين في سعة البطارية 85.8% من السعة الأولية.

يتم شحن البطارية وتفريغها عند 0.02 درجة مئوية، ويحتوي منحنى جهد البطارية المتوسطة على أيونات ليثيوم مدمجة من المنصات المتعددة الناتجة عن الجرافيت، مما يشير إلى أن التكبير بمقدار 0.02 درجة مئوية تم توفيره لهيكل الجرافيت في هيكل الجرافيت أثناء عملية أيون الليثيوم.

إنه كافي. ، القضاء بشكل فعال على تأثيرات الاستقطاب على الدورات. الشكل 1 يوضح مقارنة بين ضعف سعة البطارية وأداء الشحن والتفريغ مع 0.

مع التكبير 5، يتم تقليل نسبة الشحن والتفريغ إلى 0.02c، مما يمكن أن يزيد فقط من نسبة الاحتفاظ بالسعة لبطاريات التخزين 181 و 575d إلى 0.8٪ و 1.

4%. لذلك، فإن إضعاف سعة البطارية الناجم عن التخزين في درجات حرارة عالية لفترة طويلة هو إضعاف لا رجعة فيه للسعة. بالإضافة إلى ذلك، فقد تبين أن سعة المقاومة الداخلية للتيار المستمر للبطارية تزداد وليست ذات دلالة إحصائية، مما يوضح أيضًا أن الاستقطاب الداخلي للبطارية ليس سببًا مهمًا للتوهين غير القابل للعكس لسعة بطارية تخزين التقويم.

2. تحليل آلية تخفيف سعة البطارية لتحليل مصدر سعة البطارية، يتم شحن البطارية إلى 100% SOC أو تفريغها إلى 100% DOD بعد تكبير 1C. تحليل القطب المفكك لفحص تأثيرات التخزين في درجات الحرارة العالية على البنية والتكوين العنصري والخصائص الكهروكيميائية للين والمواد النشطة الأدنى.

تحليل الغمر لشرائح الكاثود للبطاريات ذات أوقات التخزين المختلفة ذات درجة الحرارة العالية في خريطة XRD 100٪ DOD. بالمقارنة مع طيف XRD القياسي لـ LifePO4 و FEPO4، فإن جميع قمم الحيود للشريحة القطبية تتوافق، ولا توجد مرحلة متنوعة. الشكل 2 طيف XRD لكاثود البطارية في أوقات تخزين مختلفة تعمل الخصائص الكهروكيميائية لصفائح القطب الخلفي للذاكرة ذات درجة الحرارة العالية على تقليل أوقات التخزين المختلفة عند 100% SOC، حيث يتم استخدام القطب كقطب عامل اختبار البطارية والشحن والتفريغ عند 0.

تكبير 1C. إن نسبة التفريغ الأولى للمادة الفعالة في الكاثود لبطاريات تخزين الوقت المختلفة أعلى من 155 مللي أمبير / جرام، والقدرة النوعية للمادة الفعالة في الكاثود بدون بطارية تخزين قريبة من تخزين هيكل LIFEPO4 دون ضرر واضح. يتم إضافة شحنة الجهد الثابت لبطارية الإبزيم في الشكل 3 (ج) بشكل طفيف، ولكن الكمية الإجمالية للشحن لا تزال قريبة من السعة النوعية للمادة الفعالة في الكاثود بدون بطارية التخزين.

يتم زيادة استقطاب كاثود البطارية بعد 575D، ولكن سعة تخزين الليثيوم لمادة الكاثود لا تتأثر، وقد يكون ترسب منتج تحلل الإلكتروليت في الإجراء المخزن مرتبطًا بذلك. تين. 3 هي بطارية مشبك حيث يتم تجميع منحنى الشحن والتفريغ لبطارية مشبك بواسطة قطب داخلي لبطارية غير محلولة من 181 و 575 د على التوالي، مع 335.

6 و 327.1 مللي أمبير/جرام، على التوالي. يتم عكس بطارية مشبك أنود البطارية المخزنة لتكون 0.

8% و3.0%، مما يشير إلى أن تخزين الجرافيت الليثيوم في درجات الحرارة العالية صغير جدًا أيضًا. من منظور سلامة البطارية، فإن الكمية الإجمالية للأنود في البطارية بأكملها عادة ما تتجاوز 10٪ من إجمالي سعة الكاثود الإجمالية، وبالتالي فإن التوهين غير القابل للعكس لسعة الأنود الناجم عن تخزين درجة حرارة عالية لا يؤثر على سعة البطارية بأكملها.

التخزين 181 و 575D الأنود هو سعة نسبة الشحن الأولى لكمية لا يمكن إيقافها من 90.4٪ و 84.5٪ من نسبة الشحن الأولى للأنود، على التوالي، ومعدل الاحتفاظ بالسعة للبطارية الفعلية قريب.

لذلك، فإن السبب المهم لانخفاض سعة البطارية هو فقدان أيونات الليثيوم النشطة في جميع البطاريات. باختصار، لن يؤثر تخزين درجة الحرارة العالية بشكل كبير على إزالة التداخل بين أقطاب LIFEPO4 والجرافيت. بطارية تخزين عالية الحرارة 100% DOD وجود الكاثود للقطب الكهربائي، والسبب في كمية أيون الليثيوم القادرة على استقبال الأنود ليس تغييرًا كبيرًا في القدرة على تغيير مادة القطب النشط بشكل جزيئي، ولكن بسبب البطارية الموجودة في البطارية.

يصبح عدد الأيونات أقل. يتم استهلاك أيون الليثيوم النشط في البطارية بواسطة واجهة القطب / الإلكتروليت لواجهة القطب / الإلكتروليت، والسبب الجذري لفقدان أيون الليثيوم النشط يساعد على تعميق الوعي بآلية فقدان سعة التخزين. تحليل الأمراض المجهرية القطبية لجزيئات LifePO4 في الكاثود في الكاثود، حجم الجسيمات حوالي 200 نانومتر؛ بعد تخزين 181D، لا يتغير حجم الفراغ بين جزيئات LIFEPO4 بشكل كبير؛ بعد تخزين 575D، يتم تقليل الفجوة بين الجسيمات بشكل كبير.

في أنود الجرافيت، مع زيادة وقت التخزين، تتغير أيضًا كمية المنتج التفاعلي الجانبي [الشكل. 4(د)، (هـ)، (و)]. يتم ترسيب المنتج شبه التفاعلي في إجراء التخزين بدرجة حرارة عالية في القطب، ويتغير شكل القطب.

من أجل تحديد تأثير التفاعل الفرعي على فقدان أيون الليثيوم النشط المذكور أعلاه، يتم تحليل محتوى الليثيوم في عنصر الين والذكر بشكل أكبر لدراسة السبب الجذري لفقدان أيون الليثيوم النشط. الشكل 4 يوضح الجدول 1 شكل قطب البطارية، وهو نتيجة اختبار ICP-OES لأنود يين البطارية SOC بنسبة 100%. إن التغيير في محتوى الليثيوم في الكاثود ليس واضحا.

يتم أيضًا الحفاظ على محتوى LI في الأنود عند نفس المستوى، وبالتالي فإن الكمية الإجمالية لشدة LI في القطب الين والقطب الأكبر في بطاريات وقت التخزين المختلفة لم تتغير بشكل كبير. الجدول 1 محتوى العناصر القطبية في بطاريات أوقات التخزين المختلفة (100% SOC) نظرًا لأن صفيحة الكاثود في بطارية 100% SOC تحتوي على نسبة منخفضة جدًا من فقدان أيون الليثيوم النشط، فإن ذلك يعد مهمًا لترسيبه في الأنود. في تخزين 100% SOC في درجة حرارة عالية، يكون الأنود في حالة يكون فيها البوتاسيوم في حالة تكون فيها الإمكانات منخفضة للغاية، ويتفاعل الإلكتروليت بسهولة على سطحه، ويتم استهلاك أيونات الليثيوم، والمنتجات التفاعلية الجانبية المحتوية على الليثيوم.

من أجل تحديد تركيب سطح الليثيوم القابل للذوبان في الأنود، يتم معايرة تفكيك بطارية DOD بنسبة 100%، وتظهر النتائج في الجدول 2. الجدول 2100% بطارية DOD يشكل الليثيوم القابل للذوبان في الأنود سطح الأنود في مورفولوجيا الكربونات، والتي تتزايد مع امتداد وقت التخزين (انظر الجدول 2)، مما يشير إلى أن عملية تخزين البطارية تنتج عددًا كبيرًا من مكونات أملاح الليثيوم غير العضوية. الملح غير العضوي هو أحد المنتجات المهمة لتفاعل اختزال المذيب، والذي يحدث بسبب كمية كبيرة من تحلل الإلكتروليت أثناء تخزين البطارية.

ديناميكيات تفاعل القطب الكهربائي (انظر الشكل 5)، على الرغم من أن RCT الكاثود يزداد مع وقت تخزين درجة الحرارة العالية [الشكل. 5 (أ)]، ولكن RCT الكاثود أصغر، والمقاومة الداخلية للبطارية صغيرة أيضًا. الأنود EIS [الشكل

5 (ب)] RSEi ليس واضحًا مع وقت التخزين، ولكن RCT تطول مع وقت التخزين. بسبب ترسب ناتج التفاعل الفرعي للإلكتروليت أثناء التخزين في درجة حرارة عالية، تقل مساحة سطح نسبة الأنود مع وقت التخزين، وتكون مساحة السطح النوعية للأنود للبطارية 0 و181 و575d هي 3.42 و2.

97 و 1.84 سم2 / جم. تؤدي نسبة مساحة سطح الأنود إلى تقليل نشاط التفاعل الكهروكيميائي الذي يحدث على سطح الأنود، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة نقل الشحنة RCT على سطح الأنود / الإلكتروليت.

تين. 5 يتم وصفه في طيف المعاوقة الكهروكيميائية لبطارية الإبزيم. أثناء عملية تخزين درجة الحرارة العالية، يكون أنود حالة الليثيوم في حالة جهد منخفضة، ويستهلك تفاعل اختزال الإلكتروليت أيونات الليثيوم النشطة، ويولد في النهاية ملح الليثيوم غير العضوي؛ معدل تفاعل اختزال السائل بالتحليل الكهربائي عالي الحرارة، مما يتيح كمية كبيرة من أيونات الليثيوم (الشكل 6).

علاوة على ذلك، تترسب المنتجات التفاعلية على جانب الأنود، ويصبح فيلم SEI سميكًا، مما يؤدي إلى تدهور الأداء الحركي للقطب الكهربي. الشكل 6، يظهر آلة تخفيف سعة التخزين. 3.

تم تحسين أداء تخزين البطارية في درجات الحرارة العالية بسبب فقدان السعة في عملية تخزين البطارية في درجات الحرارة العالية بسبب فقدان أيونات الليثيوم المهمة الناجمة عن التفاعلات الجانبية من سطح الأنود ، نظرًا لأن إضافة إضافات التثبيت الحراري لفيلم SEI (ASR) يمكن أن تعزز استقرار درجة الحرارة العالية لفيلم SEI ، وتقليل التفاعل الجانبي لسطح الأنود ، وتقليل فقدان أيونات الليثيوم النشطة. الشكل 7 منحنيات تخزين بطارية الإلكتروليت المختلفة والبنية التحتية لاستقرار غشاء SEI الحراري تضيف 1% من ASR مما قد يحسن بشكل فعال عمر تخزين البطارية في درجات الحرارة العالية. بعد إضافة 1% من ASR، زادت نسبة الاحتفاظ بالسعة 575D من 85.

8% إلى 87.5% [الشكل 7 (أ)]. معدل دحرجة DCR أقل بشكل ملحوظ من معدل الإلكتروليت الأساسي، كما انخفض محتوى المركب المحتوي على الليثيوم القابل للذوبان في الأنود (الجدول 3).

يتم إجراء تحليل DSC على أنود بطارية SOC بنسبة 100% [الأشكال. 7 (ب)]، تصل ذروة امتصاص الحرارة إلى أقل من 100 درجة مئوية للمذيب المتبقي. الجدول 3 قبل بطارية الليثيوم القابلة للذوبان في الأنود بنسبة 100٪ DOD، تتم إضافة الليثيوم القابل للذوبان في الأنود، ويبدأ الأنود 90 درجة مئوية في الطرد الحراري، والذي يتحلل لسطح الأنود SEI؛ بعد إضافة ASR، تزداد درجة حرارة التحلل إلى 101 درجة مئوية.

بعد إضافة ASR، يتم تحسين الاستقرار الحراري لـ SEI بشكل كبير، ويمكن تقليل فقدان أيونات الليثيوم النشطة بشكل فعال، ويمكن تحسين عمر تخزين البطارية. ثالثًا، يخلص الاستنتاج النهائي إلى تحليل الخصائص الكهروكيميائية والفيزياء القطبية والخصائص الكهروكيميائية لتخزين بطاريات أيونات الفوسفات التجارية في درجات حرارة عالية، ووجد أن فقدان سعة البطارية في التخزين في درجات حرارة عالية مهم من إلكتروليت اختزال الأنود في الجهد المنخفض. مما يؤدي إلى فقدان أيونات الليثيوم النشطة.

يتم ترسيب المنتج شبه التفاعلي لإلكتروليت اختزال الأنود في الأنود، والمكون غير العضوي في الرواسب يعيق انتشار أيونات الليثيوم، بحيث تقل حركية تفاعل الأنود. من خلال إضافة ثبات حرارة غشاء SEI في الإلكتروليت لتحسين الاستقرار الحراري لفيلم SEI بشكل فعال، وتقليل تفاعل الاختزال للإلكتروليت، وتقليل استهلاك أيونات الليثيوم النشطة، وتحسين عمر التخزين في درجات الحرارة العالية.