Análisis de litio no destructible de celdas de bolsa de iones de litio, ventana de tasa

La amplia aplicación de las baterías de iones de litio, los clientes finales también presentan requisitos cada vez más altos para el rendimiento de carga rápida de las baterías de iones de litio. Pero mejorar ciegamente el rendimiento de carga rápida de la batería de litio traerá un cierto grado de riesgos de seguridad, entre los cuales la consecuencia más grave es la ocurrencia de precipitación de litio, por un lado, conduce a la pérdida de capacidad, por otro lado, también puede haber Sea el cortocircuito del electrodo positivo y negativo al perforar el diafragma. ¿Cómo evaluar si el analizador de batería de litio? El método tradicional es desmantelar el método de la celda de la batería para determinar rápidamente la ventana de análisis de litio de la celda de la batería. 

Al desmontar la celda de carga completa, se observa a simple vista si hay gris y blanco en la superficie negativa del depósito de litio negativo. Sin embargo, el método de desmontaje es un método no in situ. Por un lado, la operación es problemática y, por otro lado, solo puede juzgar la relación o temperatura de análisis de litio aproximada, y no puede obtener la ventana de análisis de litio precisa de la celda, como la relación, voltaje, capacidad, temperatura y otra información completa. Este documento utiliza el analizador de hinchazón in situ (SWE) para evaluar cuantitativamente la ventana potencial de precipitación de litio en diferentes proporciones, proporcionando un nuevo método para que los investigadores desarrollen estrategias de carga rápida en diferentes proporciones.

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 5 ~ 10,000 N, puede controlar la temperatura de -20 ℃ ~ 80 ℃, como se muestra en la Figura 2.

 Figura 2. Diagrama esquemático del analizador de hinchamiento in situ

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: colóquelo en la cámara de prueba del analizador de hinchazón in situ de la caja de alta y baja temperatura, configure la temperatura a 5 ℃, ajuste la relación de carga de la celda a 0.2C, 0.5C, 0.8C, 1.0C, 1.5 C, corriente de corte de 0.05C y corriente de descarga de 2A. Abra el in situhinchazónanalizador para monitorear la celdahinchazóncurva de cambio de espesor (modo de presión constante de 5 kg) simultáneamente.

Iinterpretación del resultado

A una temperatura ambiente de 5 ℃, las celdas de paquete blando se llenan con cinco proporciones diferentes, curva de cambio de carga e in situ.hinchazónla curva de cambio de espesor se muestra en la Figura 3. 0.2C, 0.5C, 0.8C, 1.0C, 1.5C el espesor máximo es 58.7m, 60.0m, 62.4m, 67.4m, 87.1m, yhinchazónla tasa es 1.82%, 1.86%, 1.92%, 2.09%, 3.75% respectivamente. Comparado con elhinchazóncurva, las curvas de relación 1.0C y 1.5C son significativamente diferentes de las otras tres curvas, especialmente la pendiente de lahinchazónespesor en el estado de alto SOC. Se sospecha preliminarmente que la relación 1.0C es ligeramente litio y que la relación 1.5C es seriamente litio.

Figura 3. Curva de carga y curva de cambio de espesor de diferentes proporciones

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 0,2C, 0,5C y 0,8C está sincronizada con el cambio de la espesorhinchazóntasa, lo que indica que el cambio de espesor del proceso de carga de la celda es causado por el cambio de fase del material del electrodo positivo y negativo. Con la tasa de duplicación, el pico de cambio de fase se mueve hacia la derecha, lo que indica que la polarización está aumentando. La pendiente de la curva de capacidad de capacidad diferencial es obviamente diferente de otras. 

Como se muestra en la Figura 5, también es obvio que el espesor de 1.0C y 1.5C xhinchazónlas curvas comienzan a separarse del otro espesor trixhinchazóncurvas cuando el SOC es de alrededor del 15%. Esto es probable porque a medida que aumenta la relación de prueba, aumenta la polarización de la celda y hay una precipitación de litio en la superficie negativa, lo que conduce a la aceleración del espesor.hinchazón. Para verificar si la celda tiene análisis de litio, observe el color negativo de la superficie después del desmontaje, la figura 6. Tasa de carga completa de 1.5C, superficie del polo todo gris blanco, 1.0C veces carga completa, parte de la superficie del polo gris blanco, lo que indica que ambos tienen diferentes grados del análisis de litio, y la tasa de 0.8C debajo del polo negativo de llenado es de color amarillo dorado, no hay fenómeno de litio, esto es consistente con nuestra conclusión del espesorhinchazóncurva.

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

Figura 5. Curva de hinchamiento del espesor celular y curva diferencial

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

Para verificar aún más la ubicación del análisis de litio, llevamos a cabo dos conjuntos de diferentes experimentos de carga en cascada multiplicadores, respectivamente a tiempos más pequeños antes y después del punto de inflexión del espesor.hinchazóncurva: un conjunto de celdas a 0,5 C después de aproximadamente 15,7 % SOC después de 1,0 C hasta la carga completa, el otro conjunto de celdas usa 0,5 C aproximadamente 27,4 % SOC después de 1,5 C hasta la carga completa (Figura 7). Después de desmantelar las celdas respectivamente, se encontró una ligera precipitación de litio en la superficie del ánodo de SOC al 27,4 %, y no amarillo dorado sin precipitación de litio en el SOC al 15,7 %. Esto muestra que el punto de precipitación de litio cuando se carga en el multiplicador 1C se produce entre el S OC y el 15,7 % y el 27,4 %. Comparado con la Figura 5, es básicamente consistente con la posición S OC correspondiente cuando el 1.0Chinchazónla curva de pendiente comienza a bifurcarse.

Figura 7. Curva de carga de relación de escalera de celda e imagen de desmontaje

Resumir

Este documento usando in-situhinchazónanalizador (SWE) para la celda del sistema LCO, en la misma temperatura a diferentes tasas de lahinchazónanálisis de comportamiento, al comparar la expansión de diferentes tiempos de carga, tasa de cambio de espesor, obtenga la celda del sistema a una temperatura ambiente de 5 ℃ mayor que 1.0C veces la carga de corriente constante ocurre litio, determine la ventana de precipitación de litio para 1.0C a aproximadamente 15% SOC comienza gradualmente litio. La cuantificación precisa del voltaje de análisis de litio y la ventana SOC de las celdas a diferentes velocidades puede guiar de manera efectiva a los investigadores para desarrollar estrategias de carga rápida adecuadas para garantizar una carga segura y eficiente a diferentes velocidades.

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 - Una 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.