Beim Aufladen
Litium-Ionen-Batterie , Lithium-Ausfällung verringert nicht nur die Leistung der Batterie und verkürzt die Zyklenlebensdauer erheblich, sondern begrenzt auch die Schnellladekapazität der Batterie und kann katastrophale Folgen wie Verbrennung und Explosion verursachen.
In einer Reihe von Artikeln werden wir über die Probleme von der Makroskala der Lithium-Ionen-Batterie, Arbeitsbedingungen, in der Batterie vorhandener Gradient, elektrochemischer Test, Sicherheitstest usw.), Mikroskala (Elektrode, Partikel, Mikrostruktur usw.) .) und atomarer Skala (Atom, Ion, Molekül, Aktivierungsenergiebarriere usw.). Heute werden wir über die experimentellen Beweise für Nebenwirkungen der Lithiumablagerung diskutieren, die aus verschiedenen Blickwinkeln gesammelt wurden:
Beim Vergleich der Lithium-Ionen-Batterien mit dem gleichen Modell stellten die Forscher fest, dass die Batterie durch die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung schneller altert und ihre Batteriekapazität, Energiedichte und Energieeffizienz deutlich geschwächt wurden.
1. Ermitteln Sie den Grad der Nebenreaktion der Lithiumabscheidung durch Analyse der Coulomb-Effizienz: der Batteriealterungsmechanismus, der eine Nebenreaktion der Lithiumablagerung beinhaltet, verringert die Coulomb-Effizienz der Batterie. Daher ist es ein praktikables Verfahren, den Grad der Nebenreaktion der Lithiumabscheidung durch genaues Messen der Coulomb-Effizienz einer Lithium-Ionen-Batterie zu überwachen. Das in der Nebenreaktion der Lithiumabscheidung erzeugte metallische Lithium reagiert mit dem Elektrolyten, um einen SEI-Film zu bilden, der die Coulomb-Effizienz verringert. Es sollte beachtet werden, dass die Abnahme der Coulomb-Effizienz nicht vollständig durch die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung verursacht wird. Beispielsweise erhöht das Abfallen von Elektrodenaktivmaterialien, die Bildung eines SEI-Films und das Blockieren von Mikrosporen auf der Elektrodenoberfläche den Innenwiderstand der Batterie und verursachen einen irreversiblen Kapazitätsverlust. Diese Phänomene verringern die Coulomb-Effizienz.
2. Die scheinbare Aktivierungsenergie der Nebenreaktion der Lithiumabscheidung wird durch Analyse der Arrhenius-Kurve erhalten: die Arrhenius-Kurve kann aus der Kapazitätsdämpfungskurve bei verschiedenen Temperaturen ermittelt werden, indem der Lade-Entlade-Zyklus der Lithium-Ionen-Batterie bei verschiedenen Temperaturen getestet wird (siehe Abbildung unten). Wenn die Temperatur hoch ist, tritt die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung nicht auf, die Auflösung positiver aktiver Materialien und die Bildung von SEI-Filmen auf der Oberfläche der positiven und negativen Elektroden beschleunigen sich mit steigender Temperatur und auch die Alterungsrate der Batterie beschleunigt; Wenn die Temperatur niedrig ist, tritt die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung auf der Bühne auf, die den Alterungsmechanismus plötzlich ändert. Da die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung mit abnehmender Temperatur immer intensiver wird, beschleunigt sich die Alterungsrate der Batterie mit abnehmender Temperatur. Zusammenfassend ist die Arrhenius-Kurve der Lithium-Ionen-Batterie V-förmig, wie in Abbildung 4 gezeigt, und ihre Steigung ist der negative Wert (-EA) der scheinbaren Aktivierungsenergie während des Alterns. Die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung hat eine negative scheinbare Aktivierungsenergie.
3. Analysieren Sie die Lithiumentwicklungsreaktion anhand der Spannungskurve
3.1 Analyse der Lithiumausfällungsreaktion unter Verwendung der Spannungsplattform der Entladungskurve: Wenn während des Ladens bei niedriger Temperatur eine Nebenreaktion der Lithiumabscheidung auftritt, erscheint die der Lithiumauflösungsreaktion entsprechende Spannungsplattform auf der nachfolgenden Entladungskurve. Mit der Zunahme der Lithiumauflösung während der Entladung wird die Spannungsplattform länger.
3.2 Analysieren Sie die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung mithilfe der Kapazitätsspannungsdifferenzkurve (DQ / DU) oder der Spannungs / Kapazitätsdifferenzkurve (DU / DQ): Beide DQ / Du- oder Du / DQ-Kurven können verwendet werden, um die Menge an gelöstem Lithium während des Prozesses abzuschätzen Entladung, und Du / DQ-Kurve ist empfindlicher.
3.3 Analysieren Sie die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung unter Verwendung der Spannungs-Strom-Kurve nach der Relaxation: Während des Ladens bildet sich ein Lithium-Ionen-Konzentrationsgradient im negativen Elektrodenmaterial und / oder im Elektrolyten. Wird der Strom nach dem Laden abgeschaltet, erreicht die Lithium-Ionen-Konzentrationsverteilung im negativen Elektrodenmaterial und/oder Elektrolyt ein neues Gleichgewicht, und die zeitlich variierende Spannungs-Strom-Kurve kann dabei beobachtet werden. Die aus dieser Kurve gewonnenen Informationen können verwendet werden, um die Nebenreaktionen der Lithiumabscheidung zu analysieren.
Notiz: (1) Wenn es ein Spannungsplateau in der Entladekurve gibt oder die Änderung der Spannungs-Strom-Kurve während der Relaxation entsprechende Eigenschaften hat, zeigt dies an, dass eine Nebenreaktion der Lithiumabscheidung während des Ladens aufgetreten ist. Wenn jedoch keines der obigen Phänomene existiert, bedeutet dies nicht, dass die Nebenreaktion der Lithiumabscheidung nicht aufgetreten ist. Dies kann daran liegen, dass der Relaxationsprozess bei niedriger Temperatur gehemmt wird und die Variationseigenschaften der Spannungs-Strom-Kurve nicht beobachtet werden können oder die Geschwindigkeit der Einbettung von metallischem Lithium in die negative Elektrode bei hoher Temperatur zu hoch ist, um die Spannungsplattform entsprechend der Lithiumauflösung zu beobachten Reaktion.
(2) Die elektrochemische Methode kann nur die durchschnittlichen Ergebnisse in einem großen Bereich messen und hat nichts mit dem Nachweis von metallischem Lithium in der negativen Elektrode zu tun.
Abschluss:
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