CATL 인산염 충전 리튬 전지 고온 저장 성능 감쇠 원인 분석

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Zentral elektriko eramangarrien hornitzailea

Catlcatl은 상용 리튬 철 인산 이온 배터리를 사용하여 전기 공간(60°C)에서 저장 용량이 손실되는 이유를 탐구합니다. 물리적 특성화와 전기화학적 성능 평가를 통한 배터리 및 극 레벨 시스템의 배터리 용량 감쇠 메커니즘. I.

CATL에서 생산한 86AH 용량의 사각형 인산이온 배터리를 이용하여 실험 공정을 실험합니다. 배터리는 양극재로 LifePO4를 사용하고, 음극재로 흑연을 사용하며, 폴리에틸렌 분리막과 LiPF6 전해질을 사용합니다. 동일한 배치와 전기적 성능에 가까운 배터리 20개를 선택하여 보관하고, 배터리의 전기적 성능을 테스트합니다.

100% SOC 배터리는 60 ° C에서 2.50 ~ 3.65V 사이의 프레스에 저장되고 0.1V로 방전됩니다.

5C 배율 - 충전 주기. 충전식 배터리는 60°C에서 보관됩니다. 이를 반복하여 배터리의 용량이 감소하는 과정을 기록합니다.

각 용량 테스트 동안 배터리 5C/30S의 DC 내부 저항(DCR)을 테스트합니다. 배터리를 여러 차례 보관한 후 완전히 방전된 상태로 AR 가스 글러브 박스에 넣어 분해합니다. 전계방출 주사 전자 현미경을 사용하여 극성 형태를 관찰하고, 특정 표면 분석기를 사용하여 특정 표면적을 테스트합니다.

글러브 박스 안에서 전극 조각은 투명 테이프로 밀봉되어 있으며, X선 회절계를 사용하여 전극 물질을 분석합니다. 전지의 용해 후의 극성 조각은 작동 전극이고, 리튬 시트는 상대 전극이며, CR2032 버클 전지에 장착되며, 음과 하판의 전기화학적 특성입니다. 전기화학 워크스테이션을 갖춘 버클 배터리의 전기화학 임피던스 스펙트럼.

유도 결합 플라즈마 방출 분광기를 사용하여 전극 시트의 원소 함량을 분석합니다. 둘째, 논의된 결과 1. 배터리 성능 분석 그림 1은 배터리 용량 감쇠와 충전 및 방전 성능을 나타냅니다.

보관 시간이 길어질수록 배터리 용량은 점점 줄어듭니다. 저장 시간이 575d에 도달하면 배터리 용량 감쇠량은 초기 용량의 85.8%입니다.

배터리는 0.02 C에서 충전 및 방전되며, 중간 배터리 전압 곡선에는 흑연에 의해 발생한 다수의 플랫폼으로부터 포함된 리튬 이온이 포함되어 있으며, 이는 리튬 이온의 과정 중에 흑연 구조 내에서 0.02c 배율이 흑연 구조에 공급되었음을 나타낸다.

충분합니다. , 사이클에 대한 분극 효과를 효과적으로 제거합니다. 그림 1 배터리 용량 감쇠 및 충방전 성능을 0과 비교합니다.

5배율로 보면 충전과 방전 비율이 0.02c로 낮아져 181과 575d 배터리의 저장 용량 유지 비율을 각각 0.8%와 1로만 높일 수 있다.

4%. 따라서 장기간 고온 보관으로 인한 배터리 용량 감소는 돌이킬 수 없는 용량 감소입니다. 또한, 배터리의 DC 내부 저항의 진폭이 크게 증가하지 않는 것으로 나타났으며, 이를 통해 배터리의 내부 분극이 달력 저장 배터리 용량의 비가역적 감쇠의 중요한 원인이 아니라는 것을 알 수 있습니다.

2. 배터리 용량 감쇠 메커니즘 분석 배터리 용량의 원천을 분석하기 위해 1C 배율로 배터리를 100% SOC까지 충전하거나 100% DOD까지 방전합니다. 해체된 전극을 분석하여 고온 저장이 음극 및 열등 활물질의 구조, 원소 구성 및 전기화학적 특성에 미치는 영향을 조사합니다.

100% DOD XRD 맵에서 다양한 고온 저장 시간의 배터리 음극 슬라이드에 대한 침지 분석입니다. LifePO4 및 FEPO4의 XRD 표준 스펙트럼과 비교했을 때, 극성 슬라이드의 모든 회절 피크가 일치하고, 잡다한 상은 나타나지 않았습니다. 그림 2. 다양한 저장 기간에 따른 배터리 음극의 XRD 스펙트럼. 고온 메모리 후면 전극 시트 전기화학적 특성은 전극을 작동 전극으로 사용하여 100% SOC에서 다양한 저장 시간을 단축합니다. 배터리, 0.5%의 충전 및 방전 테스트.

배율 1C. 다양한 저장 시간 배터리의 양극 활성 물질의 첫 번째 방전 비율은 155 mAh/g보다 높고, 저장 배터리가 없는 양극 활성 물질의 비용량은 눈에 띄는 손상 없이 LIFEPO4 구조의 저장에 가깝습니다. 그림 3(c)의 버클형 전지의 정전압 충전은 약간 추가되지만, 전체 충전량은 축전지 없이도 여전히 양극 활물질의 비용량에 가깝습니다.

575D 이후 배터리 음극의 분극은 증가하지만, 음극 재료의 리튬 저장 용량에는 영향을 미치지 않으며, 저장 과정에서 전해질 분해 생성물의 침전이 관련될 수 있습니다. 무화과. 3은 미해결 전지의 실내 전극에 버클 전지의 충전 및 방전 곡선을 조립한 버클 전지로, 각각 181과 575d, 335이다.

각각 6 및 327.1 mAh/g입니다. 저장된 배터리 양극의 버클 배터리는 0으로 반전됩니다.

8%와 3.0%로 나타나 리튬 흑연의 고온 저장량도 매우 작음을 나타낸다. 배터리 안전성 관점에서, 전체 배터리의 양극 총량은 일반적으로 전체 음극 총 용량의 10%를 초과하므로 고온 저장으로 인한 양극의 비가역적 용량 감소는 전체 배터리 용량에 영향을 미치지 않습니다.

저장 181과 575D 양극은 첫 번째 충전율의 90.4%와 84.5%의 멈출 수 없는 양의 첫 번째 충전율 용량을 각각 양극의 첫 번째 충전율의 90.4%와 84.5%로 실제 배터리의 용량 유지율과 비슷합니다.

따라서 배터리 용량이 감소하는 중요한 이유는 모든 배터리에서 활성 리튬 이온이 손실되기 때문입니다. 요약하자면, 고온 보관은 LIFEPO4와 흑연 전극의 탈리에 큰 영향을 미치지 않습니다. 100% DOD 고온 저장 배터리 펠의 음극이 존재하는데, 이는 양극이 받을 수 있는 리튬 이온의 양이 크게 변하지 않기 때문에 전극의 활성 물질을 상대적으로 변경하는 것이 아니라 배터리 내부의 배터리에 문제가 있기 때문입니다.

이온의 수가 적어진다. 배터리 내부의 활성 리튬 이온은 전극/전해질 계면의 산화막에 의해 소모되며, 활성 리튬 이온 손실의 근본 원인은 저장 용량 손실 메커니즘에 대한 인식을 심화시키는 데 도움이 됩니다. 양극에서 LifePO4 입자의 극성 미세병리학적 분석 양극에서 입자 크기는 약 200nm이며, 181D 저장 후, LIFEPO4 입자 사이의 공극 크기는 크게 변하지 않았습니다. 575D 저장 후, 입자 사이의 간격이 상당히 줄었습니다.

흑연 양극에서는 저장시간이 증가함에 따라 부반응성 생성물의 양도 변화한다[그림]. 4(d), (e), (f)]. 고온 저장 절차에서 아반응성 생성물은 극에 침전되고 극의 형태가 변화합니다.

앞서 언급한 활성 리튬 이온 손실에 대한 하위 반응의 영향을 특성화하기 위해 음 및 음 원소의 Li 함량을 추가로 분석하여 활성 리튬 이온 손실의 근본 원인을 연구합니다. 그림 4 배터리 극 형태 표 1은 100% SOC 배터리 음극의 ICP-OES 시험 결과입니다. 양극에서 Li 함량의 변화는 명확하지 않습니다.

양극의 LI 함량도 동일 수준으로 유지되므로, 저장 시간이 다른 배터리의 음극 및 극극 LI 강도의 총량은 실질적으로 변하지 않습니다. 표 1. 다양한 보관 기간의 배터리(100% SOC) 극성 원소 함량 100% SOC 배터리 양극 시트는 매우 낮은 극성 원소를 함유하고 있기 때문에 활성 리튬 이온의 손실이 양극에 축적되는 것이 중요합니다. 100% SOC 고온 저장에서는 양극은 포티움이 전위가 매우 낮은 상태에 있고, 전해질은 표면에서 쉽게 반응하여 리튬 이온이 소모되고, 리튬 함유 부반응성 생성물이 생성됩니다.

양극의 가용성 리튬 표면의 구성을 결정하기 위해 100% DOD 배터리를 분해하여 적정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2100% DOD 배터리 양극 가용성 리튬은 탄산염 형태의 양극 표면을 구성하며, 이는 저장 시간이 길어질수록 증가합니다(표 2 참조). 이는 배터리 저장 과정에서 많은 수의 무기 리튬 염 성분이 생성됨을 나타냅니다. 무기염은 용매 환원 반응의 중요한 생성물이며, 배터리 보관 중 전해질의 대량 분해로 인해 발생합니다.

전극 반응 동역학 전기화학적 배기 분광법(그림 5 참조), 음극 RCT는 고온 저장 시간에 따라 증가합니다[그림]. 5(a)], 그러나 양극 RCT가 더 작기 때문에 배터리의 내부 저항도 작습니다. 양극 EIS [그림]

5(b)] RSEi는 저장 시간에 따라 명확하지 않지만 RCT는 저장 시간에 따라 연장됩니다. 고온 저장 시 전해질 부반응 생성물이 침전되기 때문에, 양극 비표면적은 저장 시간에 따라 감소하며, 0, 181 및 575d 배터리의 양극 비표면적은 3.42, 2이다.

97 및 1.84cm2/g. 양극 비율 표면적은 양극 표면에서 발생하는 전기화학 반응 활동을 감소시키고, 그 결과 양극/전해질 표면의 전하 전달 저항 RCT가 증가합니다.

무화과. 5는 버클 배터리의 전기화학적 임피던스 스펙트럼에 설명되어 있습니다. 고온 저장 과정 중 리튬 상태의 양극은 낮은 전위 상태에 있으며, 전해질 환원 반응은 활성 리튬 이온을 소모하고 최종적으로 무기 리튬 염을 생성합니다. 고온 첨가 전기 분해 액체 환원 반응 속도는 많은 양의 리튬 이온을 가능하게 합니다(그림 6).

또한, 양극 측 반응성 생성물이 침전되고 SEI 필름이 두꺼워져 전극 운동 성능이 저하됩니다. 그림 6은 저장 용량 감쇠 장치를 나타낸 것이다. 3.

배터리 고온 저장 성능 향상 배터리 고온 저장 과정에서 용량 손실이 발생하고, 이는 양극 표면의 부반응으로 인한 리튬 이온 손실이 주요 원인입니다. SEI 필름 열안정화 첨가제(ASR)를 첨가하면 SEI 필름의 고온 안정성을 높이고, 양극 표면의 부반응성을 낮추고, 활성 리튬 이온 손실을 줄일 수 있습니다. 그림 7 다양한 전해질 배터리 저장 곡선과 SEI 멤브레인 열안정성 인프라는 1% ASR을 추가하면 배터리의 고온 저장 수명을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 1% ASR을 추가한 후, 575D의 용량 유지율이 85에서 증가했습니다.

8%에서 87.5%[그림 7(a)]. DCR 롤링 속도는 기본 전해질보다 현저히 낮고, 양극 가용 리튬 함유 화합물의 함량도 감소했습니다(표 3).

DSC 분석은 100% SOC 배터리 양극에서 수행되었습니다[그림]. 7(b)], 잔류 용매의 경우 100°C 이하에서 열 흡수 피크가 나타납니다. 표 3 양극 용해성 리튬 100% DOD 전지의 경우 양극 용해성 리튬을 첨가하기 전에 양극 90℃에서 발열이 시작되어 양극 표면 SEI가 분해된다. ASR을 첨가한 후에는 분해 온도가 101℃로 증가한다.

ASR을 첨가한 후, SEI의 열 안정성이 현저히 향상되고, 활성 리튬 이온 손실을 효과적으로 줄일 수 있으며, 배터리의 저장 수명을 향상시킬 수 있습니다. 셋째, 최종 결론에서는 상용화된 인산이온 전지의 고온 저장에 대한 전기화학적 특성, 극성 물리 및 전기화학적 특성을 분석하고, 고온 저장에서 전지 용량 손실이 낮은 전위의 양극 환원 전해질에 의해 중요하다는 것을 발견했습니다. , 리튬 이온 손실이 활발해집니다.

양극환원 전해질의 아반응성 생성물이 양극에 침전되고, 침전물 속의 무기 성분이 리튬 이온 확산을 방해하여 양극 반응 속도론이 감소한다. 전해질에 SEI막의 열안정성을 첨가하여 SEI막의 열안정성을 효과적으로 향상시키고, 전해질의 환원반응을 감소시키며, 활성적인 리튬 이온 소모를 감소시키고, 고온 저장 수명을 향상시킵니다.