Analyse van CATL-fosfaatoplading van lithiumbatterijen met hoge temperatuur, oorzaak van prestatievermindering

Auctor Iflowpower - პორტატული ელექტროსადგურის მიმწოდებელი

Catlcatl gebruikt zijn commerciële lithium-ijzerfosfaat-ionbatterij om de oorzaken van het verlies aan opslagcapaciteit in een elektrische ruimte van 60 °C te onderzoeken. Mechanisme van de vermindering van de batterijcapaciteit op basis van het batterij- en poolniveausysteem door middel van fysieke karakterisering en elektrochemische prestatie-evaluatie. I.

Experimentele procesexperimenten met CATL-productie van een vierkante fosfaationbatterij met 86 Ah. De batterij is een positief elektrodemateriaal in LifePO4, grafiet is een negatief elektrodemateriaal, waarbij gebruik wordt gemaakt van een polyethyleenseparator en een LiPF6-elektrolyt. Selecteer 20 batterijen die qua batch en elektrische prestaties ongeveer gelijk zijn en die u wilt opslaan. Test vervolgens de elektrische prestaties van de batterij.

100% SOC-batterij 60 ° C wordt in een pers bewaard tussen 2,50 tot 3,65 V, een ontlading van 0.

5C vergroting - laadcyclus. Vervolgens wordt de volle accu opgeslagen bij 60°C. Zo wordt het proces van capaciteitsvermindering van de batterij herhaald.

Tijdens elke capaciteitstest wordt de interne DC-weerstand (DCR) van de batterij 5C/30S getest. Leg de batterij in volledig ontladen toestand en gedurende verschillende opslagtijden in een AR-gashandschoenenkastje. Gebruik een veldemissiescanelektronenmicroscoop om de polaire morfologie te observeren en gebruik een specifieke oppervlakte-analysator om het specifieke oppervlak te testen.

In het handschoenenkastje wordt het elektrodestuk verzegeld met transparante tape en wordt het elektrodemateriaal geanalyseerd met een röntgendiffractometer. Het polaire stuk is na het oplossen van de batterij de werkelektrode, het lithiumvel is de tegenelektrode en is uitgerust met een CR2032-gespbatterij, en de elektrochemische eigenschappen van de yin- en onderste plaat. Elektrochemisch impedantiespectrum van een gespbatterij met een elektrochemisch werkstation.

Analyse van het elementaire gehalte van de elektrodeplaat met behulp van een inductieve koppelingsplasma-emissiespectrometer. Ten tweede, de resultaten besproken 1. Analyse van de batterijprestaties Figuur 1 toont de capaciteitsvermindering van de batterij en de laad- en ontlaadprestaties.

Naarmate de opslagtijd langer wordt, neemt de capaciteit van de batterij geleidelijk af. Wanneer de opslagtijd 575d bereikt, bedraagt ​​de capaciteitsvermindering van de batterij 85,8% van de oorspronkelijke capaciteit.

De batterij wordt opgeladen en ontladen bij 0,02 C en de gemiddelde batterijspanningscurve bevat lithiumionen die zijn ingebed uit de meerdere platforms die zijn veroorzaakt door het grafiet. Dit geeft aan dat de vergroting van 0,02c is toegevoegd aan de grafietstructuur in de grafietstructuur tijdens het lithiumionproces.

Het is voldoende. , Elimineer effectief de effecten van polarisatie op cycli. Figuur 1 De capaciteitsvermindering van de batterij en de laad- en ontlaadprestaties worden vergeleken met 0.

5 vergroting, de laad- en ontlaadverhouding wordt verlaagd tot 0,02c, wat de capaciteitsbehoudverhouding van opslagbatterijen 181 en 575d slechts kan verhogen tot 0,8% en 1.

4%. De capaciteitsvermindering van de batterij die wordt veroorzaakt door langdurige opslag bij hoge temperaturen, is daarom een ​​onomkeerbare capaciteitsvermindering. Bovendien blijkt dat de amplitude van de interne DC-weerstand van de batterij toeneemt en niet significant is, wat ook aantoont dat de interne polarisatie van de batterij geen belangrijke oorzaak is van de onomkeerbare demping van de capaciteit van de kalenderopslagbatterij.

2. Analyse van het mechanisme voor demping van de batterijcapaciteit Om de bron van de batterijcapaciteit te analyseren, wordt de batterij opgeladen tot 100% SOC of ontladen tot 100% DOD na 1C vergroting. Analyse van de ontmantelde paal om de effecten van opslag bij hoge temperaturen op de structuur, elementaire samenstelling en elektrochemische eigenschappen van het yin- en inferieure actieve materiaal te onderzoeken.

De immersieanalyse van verschillende batterijkathodedia&39;s met hoge temperatuuropslagtijd in een 100% DOD XRD-kaart. Vergeleken met het XRD-standaardspectrum van LifePO4 en FEPO4 komen alle diffractiepieken van de polaire dia overeen, er is geen sprake van een gemengde fase. Figuur 2 XRD-spectrum van de batterijkathode bij verschillende opslagtijden. De elektrochemische eigenschappen van de achterelektrode van het geheugen bij hoge temperaturen verminderen verschillende opslagtijden bij 100% SOC, waarbij de elektrode wordt gebruikt als de werkelektrode. Batterij-, laad- en ontlaadtest met 0.

1C vergroting. De eerste ontladingsverhouding van de kathode-actieve stof van verschillende opslagtijdbatterijen is hoger dan 155 mAh/g, en de specifieke capaciteit van de kathode-actieve stof zonder de opslagbatterij ligt dicht bij de opslag van de LIFEPO4-structuur zonder duidelijke schade. De constante spanning van de gespbatterij in Figuur 3 (c) wordt lichtjes toegevoegd, maar de totale hoeveelheid lading ligt nog steeds dicht bij de specifieke capaciteit van de kathodeactieve stof zonder de opslagbatterij.

De polarisatie van de batterijkathode na 575D neemt toe, maar de lithiumopslagcapaciteit van het kathodemateriaal wordt niet beïnvloed en de afzetting van het elektrolytontledingsproduct in de opgeslagen procedure kan ermee te maken hebben. Afbeelding. 3 is een gespbatterij waarin de laad- en ontlaadcurve van een gespbatterij wordt samengesteld door een binnenelektrode van een onopgeloste batterij van respectievelijk 181 en 575d, met 335.

respectievelijk 6 en 327,1 mAh/g. De gespbatterij van de opgeslagen batterijanode wordt geïnverteerd naar 0.

8% en 3,0%, wat aangeeft dat de opslag bij hoge temperaturen van lithiumgrafiet ook erg klein is. Vanuit het oogpunt van batterijveiligheid bedraagt ​​de totale hoeveelheid anode in de hele batterij doorgaans meer dan 10% van de totale kathodecapaciteit. De onomkeerbare capaciteitsvermindering van de anode die wordt veroorzaakt door opslag bij hoge temperaturen, heeft dus geen invloed op de capaciteit van de hele batterij.

Opslag 181 en 575D De anode is de eerste ladingsverhoudingscapaciteit van de onstuitbare hoeveelheid van respectievelijk 90,4% en 84,5% van de eerste ladingsverhouding van de anode, en de capaciteitsbehoudsnelheid van de werkelijke batterij ligt dicht bij elkaar.

De belangrijkste reden voor de afname van de batterijcapaciteit is daarom het verlies van actieve lithiumionen in alle batterijen. Samenvattend kan gesteld worden dat de opslag bij hoge temperaturen geen significante invloed zal hebben op de de-intercalatie van de LIFEPO4- en grafietelektroden. 100% DOD hoge temperatuur opslagbatterij De kathode van een pell is aanwezigheid, de oorzaak van de hoeveelheid lithium-ion die de anode kan ontvangen is niet een significante verandering in het vermogen om de actieve elektrodemateriaal delatisch te veranderen, maar te wijten aan de batterij in de batterij.

Het aantal ionen wordt kleiner. Het actieve lithium-ion in de batterij wordt verbruikt door de elektrode/elektrolyt-interface van de elektrode/elektrolyt-interface. De hoofdoorzaak van het verlies van actieve lithium-ion helpt om meer inzicht te krijgen in het mechanisme van verlies van opslagcapaciteit. Polaire micropathologische analyse van de LifePO4-deeltjes in de kathode. De deeltjesgrootte bedraagt ​​ongeveer 200 nm. Na opslag van 181D is de grootte van de opening tussen de LIFEPO4-deeltjes niet significant veranderd. Na opslag van 575D is de opening tussen de deeltjes significant verkleind.

In de grafietanode verandert naarmate de opslagtijd toeneemt ook de hoeveelheid nevenreactief product [Fig. 4(d), (e), (f)]. Het subreactieve product in de opslagprocedure bij hoge temperatuur wordt afgezet in de pool, en de morfologie van de pool verandert.

Om de invloed van de subreactie op het eerder genoemde actieve lithiumionverlies te karakteriseren, wordt het Li-gehalte in het yin- en mannelijke element verder geanalyseerd om de grondoorzaak van het actieve lithiumionverlies te bestuderen. Figuur 4 Tabel 1 met de morfologie van de batterijpool is een ICP-OES-testresultaat van een 100% SOC-batterij met een yin-anode. De verandering in het Li-gehalte in de kathode is niet duidelijk zichtbaar.

Het LI-gehalte van de anode blijft ook op hetzelfde niveau, waardoor de totale intensiteit van de yin- en oudere pool-LI in verschillende opslagtijdbatterijen substantieel onveranderd blijft. Tabel 1 Verschillende opslagtijden van batterijen (100% SOC) gehalte aan polaire elementen Omdat het kathodevel van de 100% SOC-batterij een zeer laag gehalte aan actieve lithiumionen bevat, is het belangrijk om het verlies aan actief lithiumion in de anode af te zetten. Bij de 100% SOC-opslag met hoge temperatuur bevindt de anode zich in een toestand waarin het kalium zich in een toestand bevindt waarbij het potentiaal zeer laag is en de elektrolyt gemakkelijk reageert op het oppervlak, en lithiumionen worden verbruikt en lithiumhoudende reactieve nevenproducten ontstaan.

Om de samenstelling van het oplosbare lithiumoppervlak van de anode te bepalen, wordt de ontmanteling van de 100% DOD-batterij getitreerd. De resultaten worden weergegeven in Tabel 2. Tabel 2100% DOD-batterij Anodeoplosbaar lithium vormt het anodeoppervlak in een carbonaatmorfologie, die toeneemt naarmate de opslagtijd wordt verlengd (zie Tabel 2), wat aangeeft dat het batterijopslagproces een groot aantal anorganische lithiumzoutcomponenten produceert. Het anorganische zout is een belangrijk product van de oplosmiddelreductiereactie, die ontstaat door een grote mate van ontleding van elektrolyt tijdens de opslag van de batterij.

Elektrode-reactiedynamiek Elektrochemische uitlaatspectroscopie (zie figuur 5), hoewel de kathode-RCT toeneemt met de opslagtijd bij hoge temperaturen [Fig. 5 (a)], maar de kathode RCT is kleiner, de inwendige weerstand van de batterij is ook klein. Anode-EIS [Fig.

5 (b)] RSEi is niet duidelijk zichtbaar bij de bewaartijd, maar de RCT wordt verlengd met de bewaartijd. Door de afzetting van het elektrolyt-subreactieproduct tijdens opslag bij hoge temperatuur neemt het anodeverhoudingsoppervlak af met de opslagtijd en bedraagt ​​het specifieke anodeoppervlak van de batterij van 0,181 en 575d 3,42,2.

97 en 1,84 cm2 / g. De oppervlakte van de anodeverhouding vermindert de elektrochemische reactieactiviteit die op het oppervlak van de anode plaatsvindt, wat resulteert in een toename van de ladingsoverdrachtsweerstand RCT op het oppervlak van de anode/elektrolyt.

Afbeelding. 5 wordt beschreven in het elektrochemische impedantiespectrum van de gespbatterij. Tijdens het opslagproces bij hoge temperaturen bevindt de lithiumanode zich in een toestand met een laag potentiaal en verbruikt de elektrolytreductiereactie actieve lithiumionen en genereert uiteindelijk een anorganisch lithiumzout; de snelheid van de vloeistofreductiereactie bij hoge temperatuur voor elektrolyse, waardoor een grote hoeveelheid lithiumionen mogelijk is (figuur 6).

Bovendien zet zich aan de anodezijde een reactief product af, waardoor de SEI-film dikker wordt, wat leidt tot een verslechtering van de kinetische prestaties van de elektrode. Figuur 6 toont de machine voor de verzwakking van de opslagcapaciteit. 3.

De prestaties van de opslag van batterijen bij hoge temperaturen zijn verbeterd door capaciteitsverlies in het opslagproces bij hoge temperaturen. Er is sprake van belangrijk verlies van lithiumionen door nevenreacties van het oppervlak van de anode. Omdat het toevoegen van thermisch stabiliserende additieven (ASR) aan de SEI-film de stabiliteit van de SEI-film bij hoge temperaturen kan verbeteren, de nevenreactiviteit van het oppervlak van de anode kan verminderen en het verlies van actieve lithiumionen kan verminderen. Figuur 7 Verschillende opslagcurven voor elektrolytbatterijen en de infrastructuur voor thermostabiliteit van het SEI-membraan zorgen voor een toevoeging van 1% ASR, wat de houdbaarheid van de batterij bij hoge temperaturen effectief kan verbeteren. Na toevoeging van 1% ASR steeg de capaciteitsbehoudratio van de 575D van 85.

8% tot 87,5% [Figuur 7 (a)]. De DCR-rolsnelheid is aanzienlijk lager dan die van de basiselektrolyt en het gehalte aan in de anode oplosbare lithiumhoudende verbinding is ook afgenomen (tabel 3).

DSC-analyse wordt uitgevoerd op een 100% SOC-batterijanode [Fig. 7 (b)], warmteabsorptiepieken onder 100 °C voor restoplosmiddel. Tabel 3 Vóór de anode oplosbare lithium 100% DOD-batterij wordt de anode oplosbare lithium toegevoegd en begint de anode 90 ° C exotherm te worden, wat wordt ontbonden voor het anodeoppervlak SEI; na het toevoegen van ASR wordt de ontledingstemperatuur verhoogd tot 101 ° C.

Na het toevoegen van ASR wordt de thermische stabiliteit van SEI aanzienlijk verbeterd, kan het verlies van actieve lithiumionen effectief worden verminderd en kan de levensduur van de batterij worden verlengd. Ten derde analyseert de uiteindelijke conclusie de elektrochemische eigenschappen, poolfysica en elektrochemische eigenschappen van commerciële fosfaationbatterijen met hoge temperaturen voor opslag. Hieruit is gebleken dat het verlies aan batterijcapaciteit bij hoge temperaturen belangrijk is voor een anodereductie-elektrolyt met een laag potentiaal. , Resulterend in actief lithiumionverlies.

Het subreactieve product van de anodereductie-elektrolyt wordt afgezet in een anode en de anorganische component in de afzetting belemmert de diffusie van lithiumionen, waardoor de anodereactiekinetiek afneemt. Door de thermostabiliteit van het SEI-membraan aan de elektrolyt toe te voegen, wordt de thermische stabiliteit van de SEI-film effectief verbeterd, wordt de reductiereactie van de elektrolyt verminderd, wordt het verbruik van actieve lithiumionen verminderd en wordt de houdbaarheid bij hoge temperaturen verlengd.