Home / Blog / Pengetahuan Baterai / Musim dingin akan datang, lihat fenomena analisis suhu rendah baterai lithium-ion

Musim dingin akan datang, lihat fenomena analisis suhu rendah baterai lithium-ion

18 Oktober, 2021

By hoppt

Kinerja baterai lithium-ion sangat dipengaruhi oleh karakteristik kinetiknya. Karena Li+ perlu didesolvasi terlebih dahulu ketika tertanam dalam bahan grafit, ia perlu mengkonsumsi sejumlah energi dan menghambat difusi Li+ ke dalam grafit. Sebaliknya, ketika Li+ dilepaskan dari bahan grafit ke dalam larutan, proses solvasi akan terjadi terlebih dahulu, dan proses solvasi tidak memerlukan konsumsi energi. Li+ dapat dengan cepat menghilangkan grafit, yang mengarah pada penerimaan muatan yang jauh lebih rendah dari bahan grafit. Dalam penerimaan debit.

Pada suhu rendah, karakteristik kinetik dari elektroda grafit negatif telah meningkat dan menjadi lebih buruk. Oleh karena itu, polarisasi elektrokimia dari elektroda negatif secara signifikan diintensifkan selama proses pengisian, yang dapat dengan mudah menyebabkan pengendapan litium logam pada permukaan elektroda negatif. Penelitian oleh Christian von Lüders dari Technical University of Munich, Jerman, telah menunjukkan bahwa pada -2°C, laju pengisian melebihi C/2, dan jumlah pengendapan litium logam meningkat secara signifikan. Misalnya, pada laju C/2, jumlah pelapisan litium pada permukaan elektroda yang berlawanan adalah kira-kira seluruh muatan. 5.5% dari kapasitas tetapi akan mencapai 9% di bawah perbesaran 1C. Litium logam yang diendapkan dapat berkembang lebih lanjut dan akhirnya menjadi dendrit litium, menembus diafragma dan menyebabkan hubungan arus pendek pada elektroda positif dan negatif. Oleh karena itu, perlu untuk menghindari pengisian baterai lithium-ion pada suhu rendah sebanyak mungkin. Ketika harus mengisi baterai pada suhu rendah, penting untuk memilih arus kecil untuk mengisi baterai lithium-ion sebanyak mungkin dan menyimpan baterai lithium-ion sepenuhnya setelah pengisian untuk memastikan Lithium logam diendapkan dari elektroda negatif dapat bereaksi dengan grafit dan tertanam kembali dalam elektroda grafit negatif.

Veronika Zinth dan lain-lain dari Universitas Teknik Munich menggunakan difraksi neutron dan metode lain untuk mempelajari perilaku evolusi lithium baterai lithium-ion pada suhu rendah -20 °C. Difraksi neutron telah menjadi metode deteksi baru dalam beberapa tahun terakhir. Dibandingkan dengan XRD, difraksi neutron lebih sensitif terhadap elemen ringan (Li, O, N, dll.), sehingga sangat cocok untuk pengujian non-destruktif baterai lithium-ion.

Dalam percobaan, VeronikaZinth menggunakan baterai NMC111/grafit 18650 untuk mempelajari perilaku evolusi lithium baterai lithium-ion pada suhu rendah. Baterai diisi dan dikosongkan selama pengujian sesuai dengan proses yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Gambar berikut menunjukkan perubahan fasa elektroda negatif di bawah SoC yang berbeda selama siklus pengisian kedua pada pengisian tingkat C/30. Tampaknya pada 30.9% SoC, fase elektroda negatif terutama LiC12, Li1-XC18, dan sejumlah kecil Komposisi LiC6; setelah SoC melebihi 46%, intensitas difraksi LiC12 terus menurun, sedangkan kekuatan LiC6 terus meningkat. Namun, bahkan setelah pengisian terakhir selesai, karena hanya 1503mAh yang diisi pada suhu rendah (kapasitasnya adalah 1950mAh pada suhu kamar), LiC12 ada di elektroda negatif. Misalkan arus pengisian dikurangi menjadi C/100. Dalam hal ini, baterai masih dapat memperoleh kapasitas 1950mAh pada suhu rendah, yang menunjukkan bahwa penurunan daya baterai lithium-ion pada suhu rendah terutama disebabkan oleh penurunan kondisi kinetik.

Gambar di bawah menunjukkan perubahan fasa grafit pada elektroda negatif selama pengisian menurut laju C/5 pada suhu rendah -20°C. Dapat dilihat bahwa perubahan fasa grafit berbeda nyata dibandingkan dengan pengisian laju C/30. Dapat dilihat dari gambar bahwa ketika SoC>40%, kekuatan fase baterai LiC12 di bawah tingkat pengisian C/5 menurun secara signifikan lebih lambat, dan peningkatan kekuatan fase LiC6 juga jauh lebih lemah daripada C/30 tarif biaya. Ini menunjukkan bahwa pada tingkat C/5 yang relatif tinggi, lebih sedikit LiC12 yang terus menginterkalasi litium dan diubah menjadi LiC6.

Gambar di bawah ini membandingkan perubahan fasa elektroda grafit negatif saat pengisian pada laju C/30 dan C/5, masing-masing. Gambar tersebut menunjukkan bahwa untuk dua tingkat pengisian yang berbeda, fase miskin lithium Li1-XC18 sangat mirip. Perbedaannya terutama tercermin dalam dua fase LiC12 dan LiC6. Dapat dilihat dari gambar bahwa tren perubahan fasa pada elektroda negatif relatif dekat pada tahap awal pengisian di bawah dua laju pengisian. Untuk fase LiC12, saat kapasitas charging mencapai 950mAh (49% SoC), tren perubahan mulai terlihat berbeda. Ketika datang 1100mAh (56.4% SoC), fase LiC12 di bawah dua perbesaran mulai menunjukkan kesenjangan yang signifikan. Saat pengisian pada tingkat rendah C/30, penurunan tahap LiC12 sangat cepat, tetapi penurunan fase LiC12 pada tingkat C/5 jauh lebih lambat; artinya, kondisi kinetik penyisipan litium dalam elektroda negatif memburuk pada suhu rendah. , sehingga LiC12 lebih lanjut menginterkalasi lithium untuk menghasilkan kecepatan fase LiC6 yang menurun. Sejalan dengan itu, fase LiC6 meningkat sangat cepat pada laju rendah C/30 tetapi jauh lebih lambat pada laju C/5. Hal ini menunjukkan bahwa pada laju C/5, lebih banyak Li mungil yang tertanam dalam struktur kristal grafit, tetapi yang menarik adalah kapasitas pengisian baterai (1520.5mAh) pada laju pengisian C/5 lebih tinggi daripada pada laju C/30. /1503.5 tarif biaya. Daya (XNUMXmAh) lebih tinggi. Li ekstra yang tidak tertanam dalam elektroda grafit negatif kemungkinan akan diendapkan pada permukaan grafit dalam bentuk lithium logam. Proses berdiri setelah akhir pengisian juga membuktikan ini dari samping—sedikit.

Gambar berikut menunjukkan struktur fasa elektroda grafit negatif setelah pengisian dan setelah dibiarkan selama 20 jam. Pada akhir pengisian, fase elektroda grafit negatif sangat berbeda di bawah dua tingkat pengisian. Pada C/5, rasio LiC12 di anoda grafit lebih tinggi, dan persentase LiC6 lebih rendah, tetapi setelah didiamkan selama 20 jam, perbedaan antara keduanya menjadi minimal.

Gambar di bawah menunjukkan perubahan fasa elektroda grafit negatif selama proses penyimpanan 20 jam. Dapat dilihat dari gambar bahwa meskipun fasa dari dua elektroda yang berlawanan masih sangat berbeda di awal, dengan bertambahnya waktu penyimpanan, kedua jenis pengisian. Tahap anoda grafit di bawah perbesaran telah berubah sangat dekat. LiC12 dapat terus dikonversi ke LiC6 selama proses rak, menunjukkan bahwa Li akan terus tertanam dalam grafit selama proses rak. Bagian Li ini kemungkinan merupakan litium logam yang mengendapkan permukaan elektroda grafit negatif pada suhu rendah. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa pada akhir pengisian pada laju C/30, derajat interkalasi litium pada elektroda grafit negatif adalah 68%. Namun, tingkat interkalasi lithium meningkat menjadi 71% setelah disimpan, meningkat 3%. Pada akhir pengisian pada tingkat C/5, tingkat penyisipan lithium dari elektroda grafit negatif adalah 58%, tetapi setelah dibiarkan selama 20 jam, meningkat menjadi 70%, peningkatan total 12%.

Penelitian di atas menunjukkan bahwa saat pengisian pada suhu rendah, kapasitas baterai akan berkurang karena memburuknya kondisi kinetik. Ini juga akan mengendapkan logam lithium pada permukaan elektroda negatif karena penurunan laju penyisipan lithium grafit. Namun, setelah periode penyimpanan, bagian lithium metalik ini dapat disematkan kembali ke dalam grafit; dalam penggunaan yang sebenarnya, waktu penyimpanan seringkali pendek, dan tidak ada jaminan bahwa semua litium logam dapat disematkan ke dalam grafit lagi, sehingga dapat menyebabkan beberapa litium logam tetap ada di elektroda negatif. Permukaan baterai lithium-ion akan mempengaruhi kapasitas baterai lithium-ion dan dapat menghasilkan dendrit lithium yang membahayakan keselamatan baterai lithium-ion. Oleh karena itu, cobalah untuk menghindari pengisian baterai lithium-ion pada suhu rendah. Arus rendah, dan setelah pengaturan, pastikan waktu simpan yang cukup untuk menghilangkan lithium logam di elektroda grafit negatif.

Artikel ini terutama mengacu pada dokumen-dokumen berikut. Laporan hanya digunakan untuk memperkenalkan dan mereview karya ilmiah terkait, pengajaran di kelas, dan penelitian ilmiah. Bukan untuk penggunaan komersial. Jika Anda memiliki masalah hak cipta, jangan ragu untuk menghubungi kami.

1. Tingkat kemampuan bahan grafit sebagai elektroda negatif dalam kapasitor lithium-ion, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. Pelapisan litium dalam baterai lithium-ion diselidiki dengan relaksasi tegangan dan difraksi neutron in situ,Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3. Pelapisan lithium dalam baterai lithium-ion pada suhu sub-ambien diselidiki oleh difraksi neutron in situ, Jurnal Sumber Daya 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles

tutup_putih
menutup penjualan

Tulis pertanyaan di sini

membalas dalam waktu 6 jam, pertanyaan dipersilakan!