Método de espesor de hinchamiento in situ, análisis no destructivo de celda de bolsa de iones de litio

La temperatura es un factor importante que afecta el rendimiento del multiplicador de batería. Si la temperatura es baja, puede provocar una batería de litio, lo que genera un riesgo de cortocircuito. En la actualidad, la mayoría del personal de investigación y desarrollo determina que la forma principal de analizar el litio es retirar la batería completamente cargada, para observar si hay es un material gris en la superficie del electrodo negativo debido al análisis de litio, pero este es un método no in situ, y la necesidad de desmantelar la celda, la operación es problemática. Dado que el análisis de litio de la batería conducirá al aumento del espesor de la batería local, este documento utiliza el analizador de hinchazón in situ (SWE) para explorar un método de análisis no destructivo y análisis de litio de celdas de paquete blando, y utiliza este método para confirmar la especificaciones de carga de temperatura de la escalera celular.

Figura 1. Análisis de las causas y riesgos del litio¹

Información de prueba

1. Equipo de prueba: el analizador de hinchazón in situ, modelo SWE2100, puede aplicar el rango de presión de 50 ~ 10,000 N, puede controlar la temperatura de -20 ℃ ~ 80 ℃, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Diagrama esquemático del in-situhinchazón analizador

2. Parámetro de prueba

2.1 La información de la celda se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Información de la celda

2.2 Proceso de prueba: la corriente de carga de la celda se establece en 0,5 C, la corriente de descarga es de 1 C, se coloca en la caja de alta y baja temperatura, se ajusta a 25 ℃, 15 ℃, 15 ℃, 10 ℃, 0 ℃ para carga y descarga, y la curva de cambio de espesor de hinchazón (modo de presión constante de 5 kg) se controla con in situhinchazónanalizador.

Interpretación del resultado

Para las celdas de paquete blando, se cargó completamente la misma tasa de duplicación a cuatro temperaturas diferentes, como se muestra en la Figura 3, el espesor máximohinchazón de 25 ℃, 15 ℃, 10 ℃ y 0 ℃ fue 70,6 m, 80,4 m, 80,1 m, 92,4 m, y elhinchazóntasa fue 2,08%, 2,35%, 2,35%, 2%, respectivamente. 

Como se puede ver en la figura, la curva de 0℃ es obviamente diferente de las curvas de 10℃, 15℃ y 25℃, especialmente la pendiente de lahinchazónespesor en estado de alto SOC. Se sospecha preliminarmente que la precipitación de litio ocurre en el núcleo de 0℃.

Figura 3. Curva de carga y curva de cambio de espesor de diferentes temperaturas de la celda

Las curvas de capacidad diferencial para diferentes temperaturas se analizaron más a fondo, como se muestra en la Figura 4. Como se puede ver en la figura: La posición máxima de la curva de capacidad diferencial correspondiente a las cuatro temperaturas está sincronizada con la mutación de la pendiente de la curva de cambio de espesor, indicando que el cambio de espesor del proceso de carga de la batería es causado por el cambio de fase de los materiales de los electrodos positivo y negativo. A medida que la temperatura disminuye, el pico de cambio de fase se mueve constantemente hacia la derecha, lo que indica que la polarización aumenta constantemente. 

En comparación con el espesorhinchazóncurva de diferentes temperaturas, el 0 ℃, la pendiente de la posición de mutación es significativamente mayor que las otras tres temperaturas, y el espesorhinchazóncurva es diferencial, como se muestra en la Figura 5, lahinchazónEl grosor de la capacidad de la unidad de batería de 0 ℃ después de la capacidad de carga superior a 0,5 Ah es ligeramente mayor que los otros tres grupos, esto es probable porque con la temperatura de prueba disminuye, la polarización de la batería aumenta, la superficie negativa tiene precipitación de litio, lo que resulta en la pendiente de la espesorhinchazónes más grande. Para verificar si la batería de 0 ℃ tiene un análisis de litio, observe el color de la superficie del electrodo negativo de la batería completamente cargada después del desmontaje. En la Figura 6, se encuentra que la superficie negativa de las baterías llenas de 25 ℃ y 10 ℃ no tiene un fenómeno de precipitación de litio evidente, mientras que la superficie negativa del núcleo de carga completa de 0 ℃ tiene una gran cantidad de deposición de litio gris, lo que indica que el batería ha ocurrido bajo esta condición.

Figura 4. Curva de cambio de capacidad diferencial y espesor de carga de la celda

Figura 5. Sbrotandocurva de la etapa de corriente constante de la celda

Figura 6. Imagen de carga completa y desmontaje de la celda eléctrica

Además de verificar la ubicación del litio, llevamos a cabo un conjunto de diferentes experimentos de carga escalonada de temperatura: celda por debajo de 0 ℃ 0.5C carga de corriente constante 1Ah, gire a 25 ℃ ambiente en corriente constante llena de presión constante (figura 7), desmantelando la batería encontrada que en la superficie del negativo ha aparecido ligero litio, esto demuestra que el litio empezó a producirse antes que el espesorhinchazónla pendiente de la curva ha aumentado significativamente.

Figura 7. Curva de carga de temperatura e imagen de desmontaje

Resumir

En este documento, la celda del sistema NCM se carga en diferentes ambientes de temperatura, y el in-situhinchazónEl analizador (SWE) se utiliza para controlar el espesorhinchazóncambiar. Al analizar el cambio de pendiente de la curva de espesor de expansión bajo diferentes condiciones de temperatura, se encuentra que cuando se carga la relación 0.5C veces, se producirá una precipitación obvia de litio cuando la temperatura ambiente se reduzca a 0 ℃. La determinación no destructiva de la temperatura de precipitación de litio y el punto de partida de la celda de la batería se basa en cómo determinar la temperatura de carga de diferentes momentos del sistema central de la batería. 

Documentación de referencia

1.Thomas Waldmann, Björn-Ingo Hogg, Margret Wohlfahrt-Mehrens. Recubrimiento de litio como reacción secundaria no deseada en celdas comerciales de iones de litio: revisión. Journal of Power Sources 384 (2018) 107–124.

2. Anna Tomaszewska, Zhengyu Chu, Xuning Feng, et al. Carga rápida de baterías de iones de litio: una revisión. eTransportation 1 (2019) 100011.