Analyse der Ursache für die Leistungsminderung bei der Lagerung von Lithiumbatterien mit Phosphatladung bei hohen Temperaturen bei CATL

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Catlcatl untersucht anhand seiner kommerziellen Lithium-Eisenphosphat-Ionen-Batterie die Gründe für den Verlust der Speicherkapazität in einem elektrischen Raum bei 60 °C. Mechanismus der Batteriekapazitätsabschwächung durch Batterie- und Polebenensystem durch physikalische Charakterisierung und elektrochemische Leistungsbewertung. I.

Experimentelle Prozessversuche mit CATL zur Herstellung einer quadratischen Phosphat-Ionen-Batterie mit 86 Ah. Die Batterie besteht aus einem positiven Elektrodenmaterial aus LifePO4, Graphit ist ein negatives Elektrodenmaterial, wobei ein Polyethylen-Separator und ein LiPF6-Elektrolyt verwendet werden. Wählen Sie zur Lagerung 20 Batterien aus, die aus einer Charge stammen und eine ähnliche elektrische Leistung aufweisen, und testen Sie die elektrische Leistung der Batterie.

100 % SOC-Akku wird in einer Presse bei 60 °C zwischen 2,50 und 3,65 V gelagert, eine Entladung von 0.

5C-Vergrößerung – Ladezyklus. Anschließend wird der volle Akku bei 60°C gelagert. Dieser Vorgang wird wiederholt und zeichnet den Kapazitätsabbauprozess der Batterie auf.

Bei jedem Kapazitätstest wird der DC-Innenwiderstand (DCR) der Batterie 5C/30S geprüft. Testen Sie die Batterie nach unterschiedlichen Lagerzeiten und im vollständig entladenen Zustand, zerlegt in einer AR-Gas-Handschuhbox. Verwenden Sie ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop, um die polare Morphologie zu beobachten, und verwenden Sie einen spezifischen Oberflächenanalysator, um die spezifische Oberfläche zu testen.

In der Handschuhbox wird das Elektrodenstück mit einem transparenten Klebeband versiegelt und das Elektrodenmaterial mithilfe eines Röntgendiffraktometers analysiert. Das Polstück ist nach der Auflösung der Batterie die Arbeitselektrode, das Lithiumblatt ist die Gegenelektrode und wird in eine CR2032-Schnallenbatterie eingebaut, und die elektrochemischen Eigenschaften der Yin- und Unterplatte. Elektrochemisches Impedanzspektrum einer Schnallenbatterie mit elektrochemischer Arbeitsstation.

Analyse des Elementgehalts des Elektrodenblatts mittels eines Plasmaemissionsspektrometers mit induktiver Kopplung. Zweitens werden die Ergebnisse diskutiert 1. Analyse der Batterieleistung Abbildung 1 zeigt die Dämpfung der Batteriekapazität sowie die Lade- und Entladeleistung.

Mit zunehmender Lagerzeit nimmt die Batteriekapazität allmählich ab. Wenn die Lagerzeit 575 Tage erreicht, beträgt die Kapazitätsabnahme der Batterie 85,8 % der Anfangskapazität.

Die Batterie wird bei 0,02 C geladen und entladen, und die mittlere Batteriespannungskurve enthält Lithiumionen, die aus den durch den Graphit verursachten mehreren Plattformen eingebettet sind, was darauf hinweist, dass der Graphitstruktur während des Lithiumionenprozesses eine Vergrößerung von 0,02 C zugeführt wurde.

Es ist ausreichend. , Beseitigen Sie effektiv die Auswirkungen der Polarisation auf Zyklen. Abbildung 1: Batteriekapazitätsabschwächung und Lade- und Entladeleistung werden mit 0 verglichen.

Bei einer 5-fachen Vergrößerung wird das Lade- und Entladeverhältnis auf 0,02 c reduziert, wodurch sich die Kapazitätserhaltungsrate von Speicherbatterien der Größen 181 und 575d nur auf 0,8 % bzw. 1 % erhöhen kann.

4%. Daher handelt es sich bei der durch langfristige Lagerung bei hohen Temperaturen verursachten Verringerung der Batteriekapazität um eine irreversible Kapazitätsverringerung. Darüber hinaus wird angezeigt, dass die Amplitude des Gleichstrom-Innenwiderstands der Batterie zunimmt und nicht signifikant ist, was auch zeigt, dass die interne Polarisation der Batterie keine wichtige Ursache für die irreversible Abschwächung der Kapazität der Kalenderspeicherbatterie ist.

2. Analyse des Mechanismus zur Abschwächung der Batteriekapazität: Um die Quelle der Batteriekapazität zu analysieren, wird die Batterie nach 1C-Vergrößerung auf 100 % SOC geladen oder auf 100 % DOD entladen. Analyse des demontierten Pols, um die Auswirkungen der Hochtemperaturlagerung auf die Struktur, die Elementzusammensetzung und die elektrochemischen Eigenschaften des Yin- und minderwertigen aktiven Materials zu untersuchen.

Die Immersionsanalyse von Batteriekathodenfolien mit unterschiedlicher Hochtemperaturlagerungsdauer in einer 100 %-DOD-XRD-Karte. Im Vergleich zum XRD-Standardspektrum von LifePO4 und FEPO4 stimmen alle Beugungsspitzen des Polarschlittens überein, keine sonstige Phase. Abbildung 2 XRD-Spektrum der Batteriekathode bei unterschiedlichen Lagerzeiten. Elektrochemische Eigenschaften der Hochtemperatur-Speicherrückelektrodenschicht reduzieren unterschiedliche Lagerzeiten bei 100 % SOC, wobei die Elektrode als Arbeitselektrode verwendet wird. Batterie-, Lade- und Entladetest mit 0.

1C-Vergrößerung. Das erste Entladeverhältnis der Kathodenaktivsubstanz von Batterien mit unterschiedlicher Lagerzeit liegt über 155 mAh/g, und die spezifische Kapazität der Kathodenaktivsubstanz ohne die Speicherbatterie liegt nahe an der Lagerung der LIFEPO4-Struktur ohne offensichtliche Schäden. Die Konstantspannungsladung der Schnallenbatterie in Abbildung 3 (c) wird leicht erhöht, die Gesamtladungsmenge liegt jedoch immer noch nahe an der spezifischen Kapazität der Kathodenaktivsubstanz ohne Speicherbatterie.

Die Polarisation der Batteriekathode nach 575D wird erhöht, die Lithiumspeicherkapazität des Kathodenmaterials wird jedoch nicht beeinträchtigt, und die Ablagerung von Elektrolytzersetzungsprodukten im gespeicherten Verfahren kann damit zusammenhängen. Feige. 3 ist eine Schnallenbatterie, bei der die Lade- und Entladekurve einer Schnallenbatterie, die durch eine Innenelektrode einer ungelösten Batterie zusammengesetzt ist, von 181 bzw. 575d mit 335 ist.

6 bzw. 327,1 mAh/g. Die Schnallenbatterie der gespeicherten Batterieanode wird auf 0 zurückgesetzt.

8 % und 3,0 %, was darauf hindeutet, dass die Hochtemperaturspeicherung des Lithiumgraphits ebenfalls sehr gering ist. Aus Sicherheitsgründen übersteigt die Gesamtmenge der Anode in der gesamten Batterie normalerweise 10 % der Gesamtkapazität der Kathode, sodass die durch die Lagerung bei hohen Temperaturen verursachte irreversible Kapazitätsabschwächung der Anode keine Auswirkungen auf die Kapazität der gesamten Batterie hat.

Die Anodenspeicher 181 und 575D weisen eine unaufhaltsame Erstladekapazität von 90,4 % bzw. 84,5 % der Erstladekapazität der Anode auf, und die Kapazitätserhaltungsrate der tatsächlichen Batterie liegt nahe daran.

Der wichtigste Grund für die Abnahme der Batteriekapazität ist daher der Verlust aktiver Lithiumionen in allen Batterien. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lagerung bei hohen Temperaturen die Deinterkalation der LIFEPO4- und Graphitelektroden nicht wesentlich beeinflusst. 100 % DOD-Hochtemperatur-Akkumulator. Die Kathode eines Pells ist vorhanden, die Ursache für die Menge an Lithium-Ionen, die die Anode aufnehmen kann, liegt nicht in einer signifikanten Veränderung der Fähigkeit zur deltatischen Veränderung des aktiven Elektrodenmaterials, sondern in der Batterie selbst.

Die Anzahl der Ionen wird geringer. Das aktive Lithiumion in der Batterie wird durch die Elektroden-/Elektrolytschnittstelle der Elektroden-/Elektrolytschnittstelle verbraucht, und die Grundursache des Verlusts aktiver Lithiumionen trägt dazu bei, das Bewusstsein für den Mechanismus des Speicherkapazitätsverlusts zu schärfen. Polare mikropathologische Analyse der LifePO4-Partikel in der Kathode. Die Partikelgröße beträgt etwa 200 nm. Nach 181 Tagen Lagerung hat sich die Hohlraumgröße zwischen den LIFEPO4-Partikeln nicht wesentlich verändert. Nach 575 Tagen Lagerung hat sich der Abstand zwischen den Partikeln deutlich verringert.

In der Graphitanode verändert sich mit zunehmender Lagerzeit auch die Menge des Nebenreaktivprodukts [Abb. 4 (d), (e), (f)]. Das unterreaktive Produkt wird im Hochtemperatur-Lagerverfahren im Pol abgelagert und die Morphologie des Pols verändert.

Um den Einfluss der Nebenreaktion auf den oben genannten aktiven Lithiumionenverlust zu charakterisieren, wird der Li-Gehalt im Yin- und Male-Element weiter analysiert, um die Grundursache des aktiven Lithiumionenverlusts zu untersuchen. Abbildung 4. Tabelle 1 der Batteriepolmorphologie ist ein ICP-OES-Testergebnis einer 100 % SOC-Batterie-Yin-Anode. Die Änderung des Li-Gehalts in der Kathode ist nicht offensichtlich.

Der LI-Gehalt der Anode bleibt ebenfalls auf dem gleichen Niveau, sodass die Gesamtintensität des Yin- und des älteren Pols LI in Batterien mit unterschiedlicher Lagerzeit im Wesentlichen unverändert bleibt. Tabelle 1: Batterien mit unterschiedlicher Lagerzeit (100 % SOC) – Gehalt an polaren Elementen Da die Kathodenschicht der Batterie mit 100 % SOC sehr wenig enthält, ist der Verlust an aktiven Lithiumionen wichtig, die sich in der Anode ablagern. Bei der Hochtemperaturlagerung mit 100 % SOC befindet sich die Anode in einem Zustand, in dem das Kalium ein sehr niedriges Potenzial aufweist und der Elektrolyt an seiner Oberfläche leicht reagiert, Lithiumionen verbraucht werden und lithiumhaltige Nebenreaktionsprodukte entstehen.

Um die Zusammensetzung der löslichen Lithiumoberfläche der Anode zu bestimmen, wird die Demontage der 100 % DOD-Batterie titriert und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2100 % DOD-Batterie Anodenlösliches Lithium bildet die Anodenoberfläche in einer Karbonatmorphologie, die mit zunehmender Lagerzeit zunimmt (siehe Tabelle 2), was darauf hindeutet, dass beim Batterielagerungsprozess eine große Anzahl anorganischer Lithiumsalzkomponenten entsteht. Das anorganische Salz ist ein wichtiges Produkt der Lösungsmittelreduktionsreaktion, die durch eine starke Zersetzung des Elektrolyts während der Batterielagerung verursacht wird.

Elektrodenreaktionsdynamik: Elektrochemische Abgasspektroskopie (siehe Abbildung 5), obwohl die Kathoden-RCT mit der Lagerzeit bei hohen Temperaturen zunimmt [Abb. 5 (a)], aber der Kathoden-RCT ist kleiner, der Innenwiderstand der Batterie ist auch klein. Anoden-EIS [Abb.

5 (b)] RSEi ist mit der Speicherzeit nicht offensichtlich, aber die RCT wird mit der Speicherzeit verlängert. Aufgrund der Ablagerung des Elektrolyt-Nebenreaktionsprodukts während der Hochtemperaturlagerung nimmt die Anodenoberflächenfläche mit der Lagerzeit ab und die anodenspezifische Oberfläche der 0,181- und 575-d-Batterie beträgt 3,42,2.

97 und 1,84 cm²/g. Die Anodenverhältnisoberfläche verringert die elektrochemische Reaktionsaktivität, die auf der Oberfläche der Anode stattfindet, was zu einer Erhöhung des Ladungsübertragungswiderstands RCT auf der Oberfläche der Anode/des Elektrolyten führt.

Feige. 5 wird im elektrochemischen Impedanzspektrum der Schnallenbatterie beschrieben. Während des Hochtemperaturspeicherprozesses befindet sich die Lithiumanode in einem Zustand niedrigen Potenzials und die Elektrolytreduktionsreaktion verbraucht aktive Lithiumionen und erzeugt schließlich ein anorganisches Lithiumsalz. Bei hohen Temperaturen erhöht sich die Flüssigkeitsreduktionsreaktionsrate der Elektrolyse, wodurch eine große Menge an Lithiumionen erzeugt wird (Abbildung 6).

Darüber hinaus lagert sich auf der Anodenseite ein reaktives Produkt ab, der SEI-Film wird dicker, was zu einer Verschlechterung der kinetischen Leistung der Elektrode führt. Abbildung 6 zeigt die Speicherkapazitätsdämpfungsmaschine. 3.

Die Leistung der Batterielagerung bei hohen Temperaturen wurde verbessert, da der Kapazitätsverlust im Lagerungsprozess der Batterie bei hohen Temperaturen durch Nebenreaktionen an der Anodenoberfläche verursacht wird. Durch die Zugabe thermisch stabilisierender Additive (ASR) zum SEI-Film kann die Hochtemperaturstabilität des SEI-Films verbessert, die Nebenreaktivität der Anodenoberfläche verringert und der Verlust aktiver Lithiumionen reduziert werden. Abbildung 7: Unterschiedliche Elektrolyt-Batteriespeicherkurven und eine SEI-Membran-Thermostabilitätsinfrastruktur. Durch Hinzufügen von 1 % ASR kann die Hochtemperatur-Lagerlebensdauer der Batterie effektiv verbessert werden. Nach dem Hinzufügen von 1 % ASR erhöhte sich das Kapazitätserhaltungsverhältnis des 575D von 85.

8 % bis 87,5 % [Abbildung 7 (a)]. Die DCR-Rollrate ist deutlich niedriger als die des Basiselektrolyten und der Gehalt der anodenlöslichen lithiumhaltigen Verbindung hat ebenfalls abgenommen (Tabelle 3).

Die DSC-Analyse wird an einer Batterieanode mit 100 % SOC durchgeführt [Abb. 7 (b)], Wärmeabsorptionsspitzen unter 100 °C für Restlösungsmittel. Tabelle 3: Vor der Anode der 100 % DOD-Batterie wird das anodenlösliche Lithium hinzugefügt, und die Anode beginnt bei 90 °C exotherm zu werden, wodurch sich SEI an der Anodenoberfläche zersetzt; nach der Zugabe von ASR wird die Zersetzungstemperatur auf 101 °C erhöht.

Nach der Zugabe von ASR wird die thermische Stabilität von SEI deutlich verbessert, der Verlust aktiver Lithiumionen kann wirksam reduziert und die Lagerlebensdauer der Batterie verbessert werden. Drittens werden in der abschließenden Schlussfolgerung die elektrochemischen Eigenschaften, die Polarphysik und die elektrochemischen Eigenschaften der Hochtemperaturspeicherung von handelsüblichen Phosphat-Ionen-Batterien analysiert und festgestellt, dass der Kapazitätsverlust der Batterie bei der Hochtemperaturspeicherung durch einen Anodenreduktionselektrolyten bei niedrigem Potenzial erheblich ist. , was zu einem aktiven Lithiumionenverlust führt.

Das unterreaktive Produkt des Anodenreduktionselektrolyten lagert sich in einer Anode ab, und die anorganische Komponente in der Ablagerung behindert die Lithiumionendiffusion, sodass die Anodenreaktionskinetik abnimmt. Durch Hinzufügen der SEI-Membran-Thermostabilität zum Elektrolyten wird die thermische Stabilität des SEI-Films effektiv verbessert, die Reduktionsreaktion des Elektrolyten verringert, der aktive Lithiumionenverbrauch gesenkt und die Lagerlebensdauer bei hohen Temperaturen verbessert.