Аналіз прычыны згасання прадукцыйнасці захоўвання пры высокай тэмпературы фасфатнай зарадкі літыевай батарэі CATL

Auctor Iflowpower - Portable Power Station supplementum

Catlcatl выкарыстоўвае сваю камерцыйную літый-жалеза-фасфат-іённую батарэю, каб вывучыць прычыны страты ёмістасці захоўвання ў электрычнай прасторы пры тэмпературы 60 °C. Механізм зніжэння ёмістасці батарэі ад батарэі і сістэмы ўзроўню полюса шляхам фізічнай характарыстыкі і ацэнкі электрахімічных характарыстык. I.

Эксперыментальны працэс эксперыментаў з выкарыстаннем CATL вытворчасці квадратных фасфат-іённых батарэй з 86AH. Акумулятар - матэрыял станоўчага электрода ў LifePO4, графіт - матэрыял адмоўнага электрода, з выкарыстаннем поліэтыленавага сепаратара і электраліта LiPF6. Выберыце для захоўвання 20 батарэй, блізкіх да той жа партыі і аднолькавых электрычных характарыстык, праверце электрычныя характарыстыкі батарэі.

100% батарэя SOC 60 ° C захоўваецца ў прэсе ад 2,50 да 3,65 В, разрад 0.

Павелічэнне 5C - цыкл зарадкі. Затым поўная акумулятарная батарэя захоўваецца пры тэмпературы 60 ° C. Такі паўтараецца, запісваючы працэс згасання ёмістасці батарэі.

Падчас кожнага тэсту ёмістасці правяраецца ўнутранае супраціўленне пастаяннага току (DCR) батарэі 5C / 30S. Дайце акумулятар праз розныя тэрміны захоўвання і ў цалкам разраджаным стане ў разабраным выглядзе ў бардачку AR. Выкарыстоўвайце эмісійны сканіруючы электронны мікраскоп для назірання палярнай марфалогіі, выкарыстоўвайце аналізатар пэўнай паверхні для праверкі ўдзельнай плошчы паверхні.

У бардачку кавалак электрода заклейваецца празрыстай стужкай, а матэрыял электрода аналізуецца з дапамогай рэнтгенаўскага дыфрактометра. Палярны кавалак пасля растварэння батарэі з&39;яўляецца рабочым электродам, літыевы ліст з&39;яўляецца процілеглым электродам і абсталяваны батарэяй з спражкай CR2032, а таксама электрахімічнымі ўласцівасцямі інь і ніжняй пласціны. Спектр электрахімічнага імпедансу батарэі са спражкай з электрахімічнай рабочай станцыяй.

Аналіз элементарнага ўтрымання электроднага ліста з дапамогай эмісійнага спектрометра з індуктыўнай сувяззю плазмы. Па-другое, абмяркоўваемыя вынікі 1. Аналіз прадукцыйнасці акумулятара. Малюнак 1 паказвае згасанне ёмістасці акумулятара і характарыстыкі зарада і разраду.

З падаўжэннем часу захоўвання ёмістасць батарэі паступова зніжаецца. Калі час захоўвання дасягае 575d, згасанне ёмістасці батарэі складае 85,8% ад першапачатковай ёмістасці.

Акумулятар зараджаецца і разраджаецца пры тэмпературы 0,02 C, а крывая сярэдняга напружання акумулятара змяшчае іёны літыя, убудаваныя з мноства платформаў, выкліканых графітам, што паказвае на тое, што павелічэнне 0,02c было пастаўлена на структуру графіту ў структуры графіту падчас працэсу іёнаў літыя.

Гэта дастаткова. , Эфектыўна ліквідаваць ўздзеянне палярызацыі на цыклах. Малюнак 1 Зніжэнне ёмістасці акумулятара і характарыстыкі зарада і разраду параўноўваюцца з 0.

5 павелічэння, каэфіцыент зарада і разраду зніжаецца да 0,02c, што можа толькі павялічыць каэфіцыент захавання ёмістасці акумулятараў 181 і 575d да 0,8% і 1.

4%. Такім чынам, зніжэнне ёмістасці батарэі, выкліканае працяглым захоўваннем пры высокай тэмпературы, з&39;яўляецца незваротным зніжэннем ёмістасці. Акрамя таго, паказана, што амплітуда ўнутранага супраціву батарэі пастаяннаму току павялічваецца і не з&39;яўляецца істотнай, што таксама паказвае, што ўнутраная палярызацыя батарэі не з&39;яўляецца важнай прычынай незваротнага згасання ёмістасці батарэі календара.

2. Аналіз механізму паслаблення ёмістасці батарэі Каб прааналізаваць крыніцу ёмістасці батарэі, батарэю зараджаюць да 100% SOC або разраджаюць да 100% DOD пасля павелічэння 1C. Аналіз дэмантаванага слупа для вывучэння ўплыву захоўвання пры высокай тэмпературы на структуру, элементны склад і электрахімічныя ўласцівасці інь і ніжэйшага актыўнага матэрыялу.

Імерсійны аналіз слайдаў катода батарэі з розным часам захоўвання пры высокай тэмпературы ў 100% карце DOD XRD. У параўнанні са стандартным спектрам XRD для LifePO4 і FEPO4, усе пікі дыфракцыі палярнага слайда супадаюць, без іншай фазы. Малюнак 2. XRD-спектр катода батарэі з розным часам захоўвання Электрахімічныя ўласцівасці задняга ліста электрода з высокай тэмпературай памяці скарачаюць розны час захоўвання пры 100% SOC, у якім электрод выкарыстоўваецца ў якасці працоўнага электрода Акумулятар, тэст зарада і разраду з 0.

Павелічэнне 1С. Каэфіцыент першага разраду актыўнага рэчыва катода батарэй з розным часам захоўвання вышэй за 155 мАг / г, а ўдзельная ёмістасць актыўнага рэчыва катода без акумулятарнай батарэі блізкая да захоўвання структуры LIFEPO4 без відавочных пашкоджанняў. Зарад пастаяннага напружання акумулятара-пражкі на малюнку 3 (с) нязначна дабаўлены, але агульная колькасць зарада па-ранейшаму блізкая да ўдзельнай ёмістасці актыўнага рэчыва катода без акумулятарнай батарэі.

Палярызацыя катода акумулятара пасля 575D павялічваецца, але гэта не ўплывае на ёмістасць матэрыялу катода для захоўвання літыя, і можа быць звязана адкладанне прадуктаў раскладання электраліта ў захаванай працэдуры. Мал. 3 - гэта батарэя са спражкай, у якой крывая зарада і разраду батарэі са спражкай складаецца з унутранага электрода нерастворанай батарэі ад 181 і 575d адпаведна з 335.

6 і 327,1 мАг / г адпаведна. Акумулятар спражкі анода акумулятара, які захоўваецца, перавернуты на 0.

8% і 3,0%, што паказвае на тое, што захоўванне літый-графіту пры высокай тэмпературы таксама вельмі малае. З пункту гледжання бяспекі батарэі агульная колькасць анода ва ўсёй батарэі звычайна перавышае 10% агульнай ёмістасці катода, таму незваротнае згасанне ёмістасці анода, выкліканае захоўваннем пры высокай тэмпературы, не ўплывае на ёмістасць усёй батарэі.

Захоўванне 181 і 575D Анод з&39;яўляецца першым каэфіцыентам зарада ёмістасці нястрымнага сумы 90,4% і 84,5% ад першага каэфіцыента зарада анода, адпаведна, і хуткасць захавання ёмістасці фактычнай батарэі блізкая.

Такім чынам, важнай прычынай зніжэння ёмістасці батарэі з&39;яўляецца страта актыўных іёнаў літыя ва ўсіх батарэях. Такім чынам, захоўванне пры высокай тэмпературы істотна не паўплывае на дэінтэркаляцыю LIFEPO4 і графітавых электродаў. 100% DOD высокатэмпературнай акумулятарнай батарэі Катод пела - гэта прысутнасць, прычынай колькасці іёнаў літыя, здольных прыняць анод, з&39;яўляецца не істотная змена здольнасці дэталёва змяняць матэрыял актыўнага электрода, а з-за батарэі ў батарэі.

Колькасць іёнаў становіцца менш. Актыўны іён літыя ў акумулятары спажываецца інтэрфейсам электрод/электраліт інтэрфейсу электрод/электраліт, і асноўная прычына страты актыўнага іёна літыя дапамагае паглыбіць разуменне механізму страты ёмістасці захоўвання. Палярны микропатологический аналіз часціц LifePO4 у катодзе ў катодзе, памер часціц складае каля 200 нм; пасля захоўвання 181D памер пустэчы паміж часціцамі LIFEPO4 істотна не змяняецца; пасля захоўвання 575D прамежак паміж часціцамі значна памяншаецца.

У графітавым анодзе з павелічэннем часу захоўвання колькасць пабочных рэактыўных прадуктаў таксама змяняецца [мал. 4 (d), (e), (f)]. Субрэактыўны прадукт у працэдуры захоўвання пры высокай тэмпературы асядае ў полюсе, і марфалогія полюса змяняецца.

Каб ахарактарызаваць уплыў падрэакцыі на вышэйзгаданую страту актыўнага іёна літыя, утрыманне Li ў інь і мужчынскім элеменце дадаткова аналізуецца для вывучэння асноўнай прычыны страты актыўнага іона літыя. Малюнак 4 Табліца марфалогіі полюса батарэі 1 - гэта вынік тэсту ICP-OES для 100% анода інь батарэі SOC. Змена ўтрымання Li ў катодзе невідавочная.

Утрыманне LI ў анодзе таксама падтрымліваецца на адным узроўні, таму агульная інтэнсіўнасць LI інь і старэйшага полюса ў батарэях з розным часам захоўвання практычна не змяняецца. Табліца 1 Розны час захоўвання батарэй (100% SOC) утрыманне палярных элементаў Паколькі 100% SOC катоднага ліста батарэі ўтрымлівае вельмі мала, страты актыўнага іёна літыя важна адкласці ў анодзе. У 100% SOC высокатэмпературным сховішчы анод знаходзіцца ў стане, у якім патэнцыял вельмі нізкі, і электраліт лёгка рэагуе на яго паверхні, і іёны літыя спажываюцца, і пабочныя рэактыўныя прадукты, якія змяшчаюць літый.

Для таго, каб вызначыць склад растваральнай літыевай паверхні анода, дэмантаж батарэі 100% DOD тытруецца, і вынікі паказаны ў табліцы 2. Табліца 2100% DOD батарэі Растваральны анодам літый складае паверхню анода ў карбанатнай марфалогіі, якая павялічваецца па меры павелічэння часу захоўвання (гл. табліцу 2), што сведчыць аб тым, што ў працэсе захоўвання батарэі ўтвараецца вялікая колькасць неарганічных кампанентаў солі літыя. Неарганічная соль з&39;яўляецца важным прадуктам рэакцыі аднаўлення растваральніка, якая выклікаецца вялікім раскладаннем электраліта падчас захоўвання батарэі.

Электрахімічная выхлапная спектраскапія дынамікі электроднай рэакцыі (гл. малюнак 5), хоць RCT катода павялічваецца з павелічэннем часу захоўвання пры высокай тэмпературы [мал. 5 (a)], але катод RCT меншы, унутраны супраціў батарэі таксама малы. Анод EIS [мал.

5 (b)] RSEi не відавочны з часам захоўвання, але RCT падаўжаецца з часам захоўвання. З-за адкладу прадукту субрэакцыі электраліта падчас захоўвання пры высокай тэмпературы плошча паверхні анода памяншаецца з часам захоўвання, а ўдзельная плошча паверхні анода батарэі 0, 181 і 575d складае 3,42, 2.

97 і 1,84 см2 / г. Плошча паверхні анода памяншае актыўнасць электрахімічнай рэакцыі, якая адбываецца на паверхні анода, што прыводзіць да павелічэння супраціву перадачы зарада RCT на паверхні анода / электраліта.

Мал. 5 апісаны ў спектры электрахімічнага імпедансу батарэі з спражкай. У працэсе захоўвання пры высокай тэмпературы літыевы анод знаходзіцца ў стане з нізкім патэнцыялам, і рэакцыя аднаўлення электраліта спажывае актыўныя іёны літыя і, нарэшце, стварае неарганічную соль літыя; высокатэмпературны дабаўлены электроліз. Хуткасць рэакцыі аднаўлення вадкасці, якая забяспечвае вялікую колькасць іёнаў літыя (малюнак 6).

Акрамя таго, на баку анода адкладаюцца рэактыўныя прадукты, плёнка SEI патаўшчаецца, што прыводзіць да пагаршэння кінэтычных характарыстык электрода. На малюнку 6 паказана машына для зніжэння ёмістасці. 3.

Прадукцыйнасць захоўвання пры высокай тэмпературы акумулятара палепшана з-за страты ёмістасці ў працэсе захоўвання пры высокай тэмпературы акумулятара. Важныя страты іёнаў літыя, выкліканыя пабочнымі рэакцыямі з паверхні анода, паколькі даданне тэрмастабілізуючых дабавак да плёнкі SEI (ASR) можа павысіць стабільнасць плёнкі SEI пры высокіх тэмпературах, паменшыць бакавую рэакцыйную здольнасць паверхні анода, паменшыць страты іёнаў актыўнага літыя. Малюнак 7. Розныя крывыя захоўвання батарэі з электралітам і інфраструктура тэрмастабільнасці мембраны SEI дадаюць 1% ASR, што можа эфектыўна павялічыць тэрмін захоўвання батарэі пры высокай тэмпературы. Пасля дадання 1% ASR каэфіцыент захавання ёмістасці 575D павялічыўся з 85.

8% да 87,5% [Малюнак 7 (а)]. Хуткасць пракаткі DCR значна ніжэйшая, чым у базавага электраліта, і ўтрыманне растваральнага ў анодзе злучэння, якое змяшчае літый, таксама знізілася (табліца 3).

DSC аналіз выконваецца на 100% SOC анодзе батарэі [мал. 7 (b)], пік паглынання цяпла ніжэй за 100 ° C для рэшткавага растваральніка. Табліца 3 Перад анодам, растваральным літыевым акумулятарам 100% DOD, дадаецца анодна-растваральны літый, і анод пры тэмпературы 90 °C пачынае экзатэрмію, якая раскладаецца для SEI паверхні анода; пасля дадання ASR тэмпературу раскладання павышаюць да 101 ° C.

Пасля дадання ASR тэрмічная стабільнасць SEI значна паляпшаецца, і страты актыўнага іёна літыя могуць быць эфектыўна зніжаны, і тэрмін службы батарэі можа быць палепшаны. Па-трэцяе, у канчатковым заключэнні аналізуюцца электрахімічныя ўласцівасці, палярная фізіка і электрахімічныя ўласцівасці камерцыйнага высокатэмпературнага захоўвання фасфат-іённых акумулятараў і ўстаноўлена, што страта ёмістасці акумулятара пры высокіх тэмпературах захоўвання важная з-за нізкага патэнцыялу электраліта аноднага аднаўлення. , што прыводзіць да актыўнай страты іёнаў літыя.

Падрэактыўны прадукт электраліта аноднага аднаўлення асядае ў анодзе, а неарганічны кампанент у адкладзе перашкаджае дыфузіі іёнаў літыя, так што кінетыка аноднай рэакцыі зніжаецца. Дадаючы ў электраліт тэрмастабільнасць мембраны SEI, можна эфектыўна палепшыць тэрмічную стабільнасць плёнкі SEI, паменшыць рэакцыю аднаўлення электраліта, паменшыць спажыванне іёнаў літыя і павялічыць тэрмін захоўвання пры высокай тэмпературы.