IEST apoya la investigación científica sobre el rendimiento de las baterías de iones de litio a base de silicio bajo diferentes presiones externas

Investigación del rendimiento de las baterías de iones de litio a base de silicio bajo diferentes presiones externas

Información del autor y resumen del artículo

Recientemente, el grupo de investigación de Tan Peng en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (primer autor, Zhiyuan Zhang) exploró el impacto de la presión externa en la polarización y el rendimiento del ciclo de las baterías de litio de ánodo de silicio y descubrió que una presión externa adecuada puede reducir la polarización de la batería. celda de la batería durante el ciclismo. y aplicar presión externa escalonada durante el ciclo de la batería puede mejorar significativamente la vida útil del ciclo. Los resultados de la investigación pueden utilizarse como una estrategia eficaz para aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio basadas en electrodos negativos de silicio y guiar el diseño del proceso de los paquetes de baterías.

Plan experimental

1.Sistema de diseño del núcleo de la batería y condiciones de carga y descarga.: como se muestra en la siguiente tabla.

2.Equipo de caracterización de hinchamiento in situ de alta precisión:El equipo de hinchamiento in situ IEST-SWE2100 se utiliza para aplicar presión externa precisa a la celda y detectar el hinchamiento del espesor.

Análisis visual y textual

El autor exploró el impacto de la polarización en el proceso de carga y descarga cambiando la presión externa ejercida sobre la superficie del núcleo de la batería. Se encontró que a medida que aumentaba la presión, la posición máxima de la curva de capacidad diferencial se movía primero hacia la izquierda y luego hacia la derecha; entre ellos, el núcleo de la batería correspondiente a 0,02 MPa tiene la polarización más pequeña, lo que indica que esta presión es la más condición de prueba adecuada.

Continúe explorando el ciclo de vida del núcleo de la batería bajo una presión externa de 0,02 MPa. A medida que avanza el ciclo, la tendencia de expansión del espesor del núcleo de la batería tiene tres etapas: crecimiento rápido, crecimiento lento y crecimiento rápido. Este fenómeno corresponde a la tendencia de atenuación de capacidad.

Combinando CT y SEM para analizar la diferencia de espesor del núcleo de la batería antes y después del envejecimiento, se encontró que debido a diferentes fuerzas de unión, la expansión del espesor de diferentes ubicaciones del núcleo de la batería también será diferente, después de que el núcleo de la batería envejece, el El electrolito se seca, el contacto entre las partículas se deteriora, aumentan las reacciones secundarias, etc. Esto hará que aumente la polarización del núcleo de la batería y se pierda la capacidad.

Con base en el análisis anterior, el autor desarrolló una forma de mejorar el ciclo de vida del núcleo de la batería. Durante el proceso de ciclo del núcleo de la batería, la presión externa aumenta continuamente, lo que puede hacer que la capacidad del núcleo de la batería rebote hasta cierto punto. A medida que avanza el ciclo, el electrolito se descompone para producir un gas grave, la brecha de expansión de las partículas aumenta y aumentan las reacciones secundarias. La pérdida de capacidad se puede ralentizar aumentando la presión de la carga; en comparación con la aplicación de una presión fija de 0,02 MPa, el método de fuerza escalonada aumenta la tasa de retención de capacidad del núcleo de la batería del 80% al 85%.

Resumir

Al explorar el impacto de la presión externa en la polarización y el rendimiento del ciclo de las baterías de litio de ánodo de silicio, se descubrió que una presión externa adecuada puede reducir la polarización de la celda durante el ciclo, y la aplicación de una presión externa escalonada durante el ciclo de la batería puede mejorar significativamente la vida útil del ciclo. . Los resultados de la investigación pueden utilizarse como una estrategia eficaz para aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio basadas en electrodos negativos de silicio y guiar el diseño del proceso de los paquetes de baterías.

Equipo de prueba recomendado relacionado con IEST

Sistema de análisis de hinchamiento in situ (IEST) serie SWE:Utilizando una plataforma de automatización altamente estable y confiable, equipada con un sensor de medición de espesor de alta precisión, puede medir la cantidad de cambio de espesor y la tasa de cambio del núcleo de la batería durante todo el proceso de carga y descarga, y puede lograr las siguientes funciones:

1. Pruebe la curva de espesor de hinchazón de la batería bajo condiciones de presión constante.

2. Pruebe la curva de fuerza de hinchamiento de la batería en condiciones de espacio constante.

3. Prueba de rendimiento de compresión de la batería: curva de tensión-deformación – módulo de compresión.

4. Prueba paso a paso de la fuerza de hinchamiento de la batería.

5. Diferentes controles de temperatura: -20~80°C.