CATL ფოსფატის დატენვის ლითიუმის ბატარეის ანალიზი მაღალი ტემპერატურის შენახვის შესრულების შესუსტების მიზეზი

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

Catlcatl იყენებს თავის კომერციულ ლითიუმის რკინის ფოსფატის იონურ ბატარეას, რათა გამოიკვლიოს შენახვის სიმძლავრის დაკარგვის მიზეზები ელექტრო სივრცეში, 60 ° C. ბატარეის სიმძლავრის შესუსტების მექანიზმი ბატარეიდან და ბოძების დონის სისტემიდან ფიზიკური დახასიათებით და ელექტროქიმიური მუშაობის შეფასებით. I.

ექსპერიმენტული პროცესის ექსპერიმენტები კვადრატული ფოსფატის იონური ბატარეის CATL წარმოების გამოყენებით 86AH. ბატარეა არის დადებითი ელექტროდის მასალა LifePO4-ში, გრაფიტი არის უარყოფითი ელექტროდის მასალა, რომელიც იყენებს პოლიეთილენის გამყოფს და LiPF6 ელექტროლიტს. შეარჩიეთ 20 ბატარეა იმავე პარტიასთან ახლოს და შესანახად ელექტრული ფუნქციონირება, შეამოწმეთ ბატარეის ელექტრული შესრულება.

100% SOC ბატარეა 60 ° C ინახება პრესაში 2.50-დან 3.65V-მდე, გამონადენი 0.

5C გადიდება - დატენვის ციკლი. შემდეგ სრული დატენვის ბატარეა ინახება 60 °C ტემპერატურაზე. ასეთი განმეორებითი, ჩაწერა ბატარეის სიმძლავრის შესუსტების პროცესი.

თითოეული სიმძლავრის ტესტის დროს, 5C / 30S ბატარეის DC შიდა წინააღმდეგობა (DCR) ტესტირება ხდება. გაატარეთ ბატარეა შენახვის სხვადასხვა დროს და სრულად დაცლილ მდგომარეობაში, დაიშალა AR გაზის ხელთათმანების ყუთში. გამოიყენეთ ველის ემისიის სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპი პოლარული მორფოლოგიის დასაკვირვებლად, გამოიყენეთ ზედაპირის სპეციფიკური ანალიზატორი კონკრეტული ზედაპირის ფართობის შესამოწმებლად.

ხელთათმანის ყუთში ელექტროდის ნაჭერი დალუქულია გამჭვირვალე ლენტით, ხოლო ელექტროდის მასალის ანალიზი ხდება რენტგენის დიფრაქტომეტრის გამოყენებით. ბატარეის დაშლის შემდეგ პოლარული ნაჭერი არის სამუშაო ელექტროდი, ლითიუმის ფურცელი არის მრიცხველი ელექტროდი და აღჭურვილია CR2032 ბალთა ბატარეით და იინის და ქვედა ფირფიტის ელექტროქიმიური თვისებებით. ბალთა ბატარეის ელექტროქიმიური წინაღობის სპექტრი ელექტროქიმიური სამუშაო სადგურით.

ელექტროდის ფურცლის ელემენტარული შემცველობის ანალიზი ინდუქციური დაწყვილების პლაზმური ემისიის სპექტრომეტრის გამოყენებით. მეორე, განხილული შედეგები 1. ბატარეის მუშაობის ანალიზი ნახაზი 1 არის ბატარეის სიმძლავრის შესუსტება და დატენვისა და განმუხტვის შესრულება.

შენახვის ვადის გახანგრძლივებასთან ერთად, ბატარეის მოცულობა თანდათან მცირდება. როდესაც შენახვის დრო აღწევს 575d, ბატარეის სიმძლავრის შესუსტება არის საწყისი სიმძლავრის 85.8%.

ბატარეა იტენება და იხსნება 0,02 C ტემპერატურაზე, ხოლო ბატარეის საშუალო ძაბვის მრუდი შეიცავს ლითიუმის იონებს, რომლებიც ჩაშენებულია გრაფიტის მიერ გამოწვეული მრავალი პლატფორმისგან, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ 0,02c გადიდება მიეწოდება გრაფიტის სტრუქტურას გრაფიტის სტრუქტურაში ლითიუმის პროცესის დროს.

საკმარისია. , ეფექტურად აღმოფხვრა პოლარიზაციის ეფექტი ციკლებზე. სურათი 1 ბატარეის სიმძლავრის შესუსტება და დატენვისა და განმუხტვის შესრულება შედარებულია 0-თან.

5 გადიდებით, დამუხტვის და განმუხტვის კოეფიციენტი მცირდება 0.02c-მდე, რამაც შეიძლება მხოლოდ გაზარდოს შენახვის 181 და 575d ბატარეების ტევადობის კოეფიციენტი 0.8% და 1-მდე.

4%. ამრიგად, ბატარეის სიმძლავრის შესუსტება, რომელიც გამოწვეულია ხანგრძლივი მაღალი ტემპერატურის შენახვით, არის შეუქცევადი სიმძლავრის შესუსტება. გარდა ამისა, ნაჩვენებია, რომ ბატარეის DC შიდა წინააღმდეგობის ამპლიტუდა იზრდება და არ არის მნიშვნელოვანი, რაც ასევე აჩვენებს, რომ ბატარეის შიდა პოლარიზაცია არ არის კალენდარული შენახვის ბატარეის სიმძლავრის შეუქცევადი შესუსტების მნიშვნელოვანი მიზეზი.

2. ბატარეის სიმძლავრის შესუსტების მექანიზმის ანალიზი ბატარეის სიმძლავრის წყაროს გასაანალიზებლად, ბატარეა იტენება 100% SOC-მდე ან იხსნება 100% DOD-მდე 1C გადიდების შემდეგ. დაშლილი ბოძის ანალიზი, რათა გამოიკვლიოს მაღალი ტემპერატურის შენახვის ზემოქმედება იინის და დაბალი აქტიური მასალის სტრუქტურაზე, ელემენტურ შემადგენლობასა და ელექტროქიმიურ თვისებებზე.

სხვადასხვა მაღალი ტემპერატურის შენახვის დროში ბატარეის კათოდის ჩაძირვის ანალიზი სლაიდები 100% DOD XRD რუკაზე. LifePO4-ისა და FEPO4-ის XRD სტანდარტის სპექტრთან შედარებით, პოლარული სლაიდის ყველა დიფრაქციული მწვერვალი შეესაბამება, არ არის სხვადასხვა ფაზა. ნახაზი 2 ბატარეის კათოდის XRD სპექტრი სხვადასხვა შენახვის დროს მაღალი ტემპერატურის მეხსიერების უკანა ელექტროდის ფურცლის ელექტროქიმიური თვისებები ამცირებს შენახვის სხვადასხვა დროს 100% SOC-ზე, რომელშიც ელექტროდი გამოიყენება როგორც სამუშაო ელექტროდი ბატარეა, დამუხტვა და გამორთვის ტესტი 0-ით.

1C გადიდება. სხვადასხვა შენახვის დროის ბატარეების კათოდური აქტიური ნივთიერების პირველი განმუხტვის თანაფარდობა 155 mAh/g-ზე მეტია, ხოლო კათოდური აქტიური ნივთიერების სპეციფიკური სიმძლავრე შესანახი ბატარეის გარეშე ახლოსაა LIFEPO4 სტრუქტურის შენახვასთან აშკარა დაზიანების გარეშე. ბალთა ბატარეის მუდმივი ძაბვის დამუხტვა 3 (გ) სურათზე ოდნავ დამატებულია, მაგრამ დამუხტვის მთლიანი რაოდენობა მაინც ახლოსაა კათოდური აქტიური ნივთიერების სპეციფიკურ სიმძლავრესთან შესანახი ბატარეის გარეშე.

ბატარეის კათოდის პოლარიზაცია 575D-ის შემდეგ გაიზარდა, მაგრამ კათოდური მასალის ლითიუმის შენახვის ტევადობა არ იმოქმედებს და ელექტროლიტების დაშლის პროდუქტის დეპონირება შენახულ პროცედურაში შეიძლება იყოს დაკავშირებული. ნახ. 3 არის ბალთა ბატარეა, რომელშიც ბალთა ბატარეის დამუხტვისა და განმუხტვის მრუდი იკრიბება გადაუჭრელი ბატარეის შიდა ელექტროდის მიერ არის 181 და 575d, შესაბამისად, 335-ით.

6 და 327.1 mAh / g, შესაბამისად, შესაბამისად. შენახული ბატარეის ანოდის ბალთა ბატარეა შებრუნებულია 0-მდე.

8% და 3.0%, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ლითიუმ გრაფიტის მაღალი ტემპერატურის შენახვა ასევე ძალიან მცირეა. ბატარეის უსაფრთხოების თვალსაზრისით, ანოდის მთლიანი რაოდენობა მთელ ბატარეაში ჩვეულებრივ აღემატება მთლიანი კათოდის მთლიანი სიმძლავრის 10%-ს, ამიტომ მაღალი ტემპერატურის შენახვის შედეგად გამოწვეული ანოდის შეუქცევადი სიმძლავრის შესუსტება გავლენას არ ახდენს მთელი ბატარეის სიმძლავრეზე.

შენახვა 181 და 575D ანოდი არის პირველი დამუხტვის კოეფიციენტის სიმძლავრე შეუჩერებელი რაოდენობით 90.4% და 84.5% ანოდის პირველი დამუხტვის კოეფიციენტის შესაბამისად, და რეალური ბატარეის სიმძლავრის შენარჩუნების სიჩქარე ახლოსაა.

აქედან გამომდინარე, ბატარეის სიმძლავრის შესუსტების მნიშვნელოვანი მიზეზი არის აქტიური ლითიუმის იონების დაკარგვა ყველა ბატარეაში. მოკლედ, მაღალი ტემპერატურის შენახვა მნიშვნელოვნად არ იმოქმედებს LIFEPO4 და გრაფიტის ელექტროდების დეინტერკალაციაზე. 100% DOD მაღალი ტემპერატურის შესანახი ბატარეა პელის კათოდი არის არსებობა, ლითიუმის იონის ოდენობის მიზეზი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს ანოდი, არ არის მნიშვნელოვანი ცვლილება აქტიური ელექტროდის მასალის დელიკატურად შეცვლის უნარში, არამედ ბატარეაში ბატარეის გამო.

იონების რაოდენობა მცირდება. ბატარეაში აქტიური ლითიუმის იონი მოიხმარს ელექტროდი/ელექტროლიტური ინტერფეისის ელექტროდი/ელექტროლიტური ინტერფეისით, ხოლო აქტიური ლითიუმის იონის დაკარგვის ძირითადი მიზეზი ხელს უწყობს შენახვის სიმძლავრის დაკარგვის მექანიზმის ცნობიერების გაღრმავებას. LifePO4 ნაწილაკების პოლარული მიკროპატოლოგიური ანალიზი კათოდში, ნაწილაკების ზომა დაახლოებით 200 ნმ; 181D შენახვის შემდეგ, LIFEPO4 ნაწილაკებს შორის სიცარიელის ზომა მნიშვნელოვნად არ იცვლება; 575D შენახვის შემდეგ, ნაწილაკებს შორის უფსკრული მნიშვნელოვნად მცირდება.

გრაფიტის ანოდში შენახვის დროის მატებასთან ერთად იცვლება გვერდითი რეაქტიული პროდუქტის რაოდენობაც [ნახ. 4 (დ), (ე), (ვ)]. მაღალ ტემპერატურაზე შენახული პროცედურის დროს სუბრეაქტიული პროდუქტი დეპონირდება ბოძში და იცვლება ბოძის მორფოლოგია.

ლითიუმის იონების ზემოხსენებულ აქტიურ დანაკარგზე ქვერეაქციის გავლენის დასახასიათებლად, ლითიუმის შემცველობა იინსა და მამრულ ელემენტში შემდგომ გაანალიზებულია ლითიუმის იონების აქტიური დაკარგვის ძირეული მიზეზის შესასწავლად. ნახაზი 4 ბატარეის ბოძის მორფოლოგიური ცხრილი 1 არის ICP-OES ტესტის შედეგი 100% SOC ბატარეის იინ ანოდზე. კათოდში Li-ის შემცველობის ცვლილება აშკარა არ არის.

ანოდის LI შემცველობა ასევე შენარჩუნებულია იმავე დონეზე, ამიტომ იინის და უფროსი პოლუსის LI ინტენსივობის მთლიანი რაოდენობა შენახვის დროის სხვადასხვა ბატარეებში არსებითად უცვლელია. ცხრილი 1 სხვადასხვა შენახვის დროის ბატარეები (100% SOC) პოლარული ელემენტის შემცველობა ვინაიდან 100% SOC ბატარეის კათოდური ფურცელი შეიცავს ძალიან მცირე რაოდენობას, აქტიური ლითიუმის იონის დაკარგვა მნიშვნელოვანია ანოდში. 100% SOC მაღალი ტემპერატურის საცავში, ანოდი არის ისეთ მდგომარეობაში, რომელშიც პოტიუმი არის ისეთ მდგომარეობაში, რომელშიც პოტენციალი ძალიან დაბალია და ელექტროლიტი ადვილად რეაგირებს მის ზედაპირზე, და ლითიუმის იონები მოიხმარება და ლითიუმის შემცველი გვერდითი რეაქტიული პროდუქტები.

ანოდის ხსნადი ლითიუმის ზედაპირის შემადგენლობის დასადგენად, 100% DOD ბატარეის დემონტაჟი ტიტრირდება და შედეგები ნაჩვენებია ცხრილში 2. ცხრილი 2100% DOD ბატარეა ანოდში ხსნადი ლითიუმი წარმოადგენს ანოდის ზედაპირს კარბონატულ მორფოლოგიაში, რომელიც იზრდება შენახვის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად (იხ. ცხრილი 2), რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ბატარეის შენახვის პროცესი წარმოქმნის არაორგანული ლითიუმის მარილის კომპონენტების დიდ რაოდენობას. არაორგანული მარილი არის გამხსნელის შემცირების რეაქციის მნიშვნელოვანი პროდუქტი, რომელიც გამოწვეულია ელექტროლიტის დიდი რაოდენობით დაშლით ბატარეის შენახვის დროს.

ელექტროდის რეაქციის დინამიკა ელექტროქიმიური გამონაბოლქვი სპექტროსკოპია (იხ. სურათი 5), თუმცა კათოდური RCT იზრდება მაღალ ტემპერატურაზე შენახვის დროს [ნახ. 5 (a)], მაგრამ კათოდური RCT უფრო მცირეა, ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა ასევე მცირეა. ანოდური EIS [ნახ.

5 (ბ)] RSEi არ არის აშკარა შენახვის დროს, მაგრამ RCT გახანგრძლივებულია შენახვის დროთან ერთად. მაღალი ტემპერატურის შენახვის დროს ელექტროლიტური ქვერეაქციის პროდუქტის დეპონირების გამო, ანოდის თანაფარდობა ზედაპირის ფართობი მცირდება შენახვის დროით, ხოლო ანოდის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი 0, 181 და 575d ბატარეის არის 3.42, 2.

97 და 1,84 სმ2 / გ. ანოდის თანაფარდობის ზედაპირის ფართობი ამცირებს ელექტროქიმიური რეაქციის აქტივობას, რომელიც ხდება ანოდის ზედაპირზე, რის შედეგადაც იზრდება მუხტის გადაცემის წინააღმდეგობა RCT ანოდის/ელექტროლიტის ზედაპირზე.

ნახ. 5 აღწერილია ბალთა ბატარეის ელექტროქიმიური წინაღობის სპექტრში. მაღალ ტემპერატურაზე შენახვის პროცესში ლითიუმის მდგომარეობის ანოდი დაბალ პოტენციურ მდგომარეობაშია და ელექტროლიტების შემცირების რეაქცია მოიხმარს ლითიუმის აქტიურ იონებს და საბოლოოდ წარმოქმნის არაორგანულ ლითიუმის მარილს; მაღალი ტემპერატურის დამატებული ელექტროლიზი.

გარდა ამისა, ანოდის მხარეს რეაქტიული პროდუქტის დეპოზიტები, SEI ფილმი სქელდება, რაც იწვევს ელექტროდის კინეტიკური მუშაობის გაუარესებას. სურათი 6, ნაჩვენებია შენახვის სიმძლავრის შესამცირებელი მანქანა. 3.

ბატარეის მაღალი ტემპერატურის შესანახი მოქმედება გაუმჯობესებულია ბატარეის მაღალი ტემპერატურის შენახვის პროცესში სიმძლავრის დაკარგვის გამო, მნიშვნელოვანი ლითიუმის იონების დანაკარგი, რომელიც გამოწვეულია ანოდის ზედაპირიდან გვერდითი რეაქციებით, ვინაიდან SEI ფირის თერმულად სტაბილიზირებელი დანამატების (ASR) დამატებამ შეიძლება გააძლიეროს SEI ფილმის მაღალი ტემპერატურის სტაბილურობა, შეამციროს ანოდის ზედაპირის გვერდითი რეაქტიულობა, შეამციროს ლითიუმის აქტიური დანაკარგი. სურათი 7 ელექტროლიტური ბატარეის შენახვის სხვადასხვა მრუდი და SEI მემბრანის თერმოსტაბილურობის ინფრასტრუქტურა მატებს 1% ASR-ს, შეუძლია ეფექტურად გააუმჯობესოს ბატარეის შენახვის ვადა მაღალ ტემპერატურაზე. 1% ASR-ის დამატების შემდეგ, 575D სიმძლავრის შენარჩუნების კოეფიციენტი გაიზარდა 85-დან.

8%-დან 87.5%-მდე [სურათი 7 (ა)]. DCR Rolling სიჩქარე მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე საბაზისო ელექტროლიტი, ასევე შემცირდა ანოდში ხსნადი ლითიუმის შემცველი ნაერთის შემცველობა (ცხრილი 3).

DSC ანალიზი ტარდება 100% SOC ბატარეის ანოდზე [ნახ. 7 (ბ)], სითბოს შთანთქმის პიკი 100 ° C-ზე დაბალია ნარჩენი გამხსნელისთვის. ცხრილი 3 ანოდში ხსნადი ლითიუმის 100% DOD ბატარეამდე ემატება ანოდში ხსნადი ლითიუმი და ანოდი 90 °C იწყებს ეგზოთერმს, რომელიც იშლება ანოდის ზედაპირის SEI-სთვის; ASR დამატების შემდეგ, დაშლის ტემპერატურა იზრდება 101 ° C-მდე.

ASR-ის დამატების შემდეგ, SEI-ის თერმული სტაბილურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია და ლითიუმის აქტიური იონების დაკარგვა შეიძლება ეფექტურად შემცირდეს და ბატარეის შენახვის ვადა გაუმჯობესდეს. მესამე, საბოლოო დასკვნა აანალიზებს ელექტროქიმიურ თვისებებს, პოლარულ ფიზიკას და ელექტროქიმიურ თვისებებს კომერციული ფოსფატის იონური ბატარეის მაღალი ტემპერატურის შენახვისას და აღმოაჩინა, რომ ბატარეის სიმძლავრის დაკარგვა მაღალი ტემპერატურის შესანახად მნიშვნელოვანია ანოდის შემცირების ელექტროლიტისგან დაბალ პოტენციალში. , შედეგად ლითიუმის იონების აქტიური დაკარგვა.

ანოდის შემცირების ელექტროლიტის სუბრეაქტიული პროდუქტი დეპონირდება ანოდში, ხოლო საბადოში არსებული არაორგანული კომპონენტი აფერხებს ლითიუმის იონის დიფუზიას, რის გამოც ანოდის რეაქციის კინეტიკა მცირდება. ელექტროლიტში SEI მემბრანის თერმოსტაბილურობის დამატებით, SEI ფირის თერმული სტაბილურობის ეფექტურად გასაუმჯობესებლად, ელექტროლიტის შემცირების რეაქციის შესამცირებლად, ლითიუმის აქტიური იონების მოხმარების შემცირებით და მაღალი ტემპერატურის შენახვის ვადის გასაუმჯობესებლად.