Se analizó la precipitación a baja temperatura de la batería de iones de litio

El rendimiento de las baterías de iones de litio se ve muy afectado por las características cinéticas. Debido a que Li + debe disolverse primero cuando se incrusta en material de grafito, necesita consumir cierta energía, lo que evita que Li + se difunda en el grafito. Por el contrario, cuando Li + descarga grafito y entra en la solución, primero se someterá a un proceso de solvatación, que no requiere consumo de energía. Li + puede disociar rápidamente el grafito, lo que lleva al hecho de que la aceptación de carga del grafito es significativamente peor que la de la descarga [1].

A baja temperatura, las propiedades cinéticas del ánodo de grafito empeoran cada vez más, por lo que la polarización electroquímica del ánodo se intensifica obviamente en el proceso de carga, lo que conduce fácilmente a la precipitación del metal litio en la superficie del ánodo. Christiane vonlu de la universidad técnica de Munich en Alemania. Ders, los estudios han demostrado que por debajo de - 2 ℃, la relación de carga de más de 2 C / volvió a aumentar significativamente la cantidad de precipitación de metal de litio, como la relación C / 2, el número de la superficie del cátodo que recubre el litio alrededor del 5,5% de toda la capacidad de carga, pero por debajo de la tasa de 1 C alcanzará el 9% [2]. El metal de litio precipitado puede desarrollarse aún más y eventualmente convertirse en dendritas de litio, penetrando en la membrana y provocando un cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo. Por lo tanto, debemos tratar de evitar que la batería de iones de litio se cargue a baja temperatura, cuando la batería debe estar bajo carga a baja temperatura, es necesario, en la medida de lo posible, elegir una batería de iones de litio de baja corriente para cargar y a cargo de la batería de iones de litio completamente suspendida , asegurando así que la precipitación del cátodo del litio metálico pueda reaccionar con el grafito, para incrustar el ánodo de grafito en el interior.

Se estudiaron la universidad técnica de Munich VeronikaZinth y otros mediante el uso de difracción de neutrones, la batería de iones de litio en el análisis del comportamiento de baja temperatura de litio - 20 ℃. El método de difracción de neutrones es un nuevo método de detección en los últimos años. En comparación con la XRD, la difracción de neutrones es más sensible a los elementos ligeros (Li, O, N, etc.), por lo que es muy adecuada para pruebas no destructivas de baterías de iones de litio.

En el experimento, VeronikaZinth usó una batería NMC111 / grafito 18650 para estudiar el comportamiento de evolución del litio de la batería de iones de litio a baja temperatura. Durante la prueba, la batería se cargó y descargó de acuerdo con el proceso que se muestra a continuación.

La siguiente figura muestra el cambio de fase del electrodo negativo bajo diferentes SoC durante el segundo ciclo de carga a C / 30 veces. Se puede ver que la fase del electrodo negativo estaba compuesta principalmente por LiC12, li1-xc18 y una pequeña cantidad de LiC6 cuando el SoC era 30,9% SoC. Después de que SoC excediera el 46%, la fuerza de difracción de LiC12 continuó disminuyendo, mientras que la fuerza de LiC6 continuó aumentando. Sin embargo, incluso cuando finalmente se completó la carga, solo se cargaron 1503 mAh (capacidad de temperatura ambiente de 1950 mAh) a baja temperatura, por lo que LiC12 continuó existiendo en el electrodo negativo. Si la corriente de carga se reduce a C / 100, la batería aún puede alcanzar una capacidad de 1950 mAh a baja temperatura, lo que indica que la reducción de capacidad de la batería de iones de litio a baja temperatura se debe principalmente a malas condiciones dinámicas.

A continuación para menos de 20 ℃ temperatura baja, de acuerdo con la relación C / 5 en el proceso de carga, el cambio de fase de grafito del cátodo, puede ver, en comparación con la velocidad de carga 30, el cambio de fase de C / grafito tiene una diferencia obvia, puede ver desde En el gráfico, en el SoC> 40%, la relación de carga de la batería C / 5 en la intensidad de la fase LiC12 disminuye significativamente más lentamente, la intensidad de la fase LiC6 aumenta significativamente más débil que la relación de carga C / 30, esto sugiere que bajo la relación de C / 5 relativamente alto, menos LiC12 intercalado-li continuamente, convertido a LiC6.

La siguiente figura muestra la comparación de los cambios de fase del ánodo de grafito cuando se carga con un aumento de C / 30 y C / 5, respectivamente. Se puede ver en la figura que para dos aumentos de carga diferentes, li1-xc18 de la fase pobre de litio es muy similar, y la diferencia se refleja principalmente en las fases LiC12 y LiC6. Puede verse en la figura que la tendencia de cambio de fase del electrodo negativo es relativamente cercana bajo los dos múltiplos de carga en la etapa inicial de carga. Para la fase LiC12, cuando la capacidad de carga alcanzó los 950 mAh (49% SoC), la tendencia de cambio comenzó a diferir. Cuando la capacidad de carga alcanzó los 1100 mAh (56,4% SoC), comenzó a aparecer una diferencia significativa en la fase LiC12 bajo las dos velocidades. Cuando se cargaba a una velocidad baja de C / 30, la fase LiC12 tenía una velocidad de caída muy rápida, pero la fase LiC12 tenía una velocidad de caída mucho más lenta a una velocidad C / 5. En consecuencia, la fase LiC6 aumentó muy rápidamente a una pequeña proporción de C / 30, pero a una velocidad mucho más lenta de C / 5. Esto sugiere que bajo la relación C / 5, hay menos Li incrustado en la estructura del cristal de grafito, pero es interesante notar la relación de carga C / 5 en la capacidad de carga de la batería (mAh) 1520.5 en lugar de la relación de carga 30 de C / capacidad (mAh) 1503.5 pero un poco más alto, los más no incrustados en el ánodo de grafito en Li probablemente estén en forma de litio metálico en la precipitación de la superficie del grafito, el soporte de carga desde el final del proceso desde el lado también ilustra este punto.

La siguiente figura es el diagrama de estructura de fase del electrodo negativo de grafito después de cargarlo y después de usarlo durante 20 h. Puede verse que al final de la carga, la fase del electrodo negativo de grafito es muy diferente bajo las dos velocidades de carga. A una relación C / 5 alta, la relación de LiC12 y LiC6 en el electrodo negativo de grafito era mayor, pero la diferencia entre ellos se había vuelto muy pequeña después de 20 h.

La siguiente figura muestra el cambio de fase del electrodo negativo de grafito durante el proceso de estantería de 20 h. Como se puede ver en la figura, aunque había una gran diferencia entre las dos fases del electrodo negativo al principio, con el aumento del tiempo de estantería, el cambio de fase del electrodo negativo de grafito bajo las dos velocidades de carga se había acercado mucho. . En el proceso de uso, LiC12 también podría transformarse en LiC6 de forma continua, lo que indica que Li todavía estaba incrustado en grafito durante el proceso de uso, y esta parte de Li probablemente era litio metálico precipitado en la superficie del ánodo de grafito a baja temperatura. Un análisis más detallado muestra que al final de la carga a C / 30 veces, el grado de litio incrustado en el electrodo negativo de grafito es del 68%, pero después del uso del grado incrustado de litio aumentó al 71%, aumentó en un 3%. Al final de la carga a C / 5 veces, el grado de incrustación de litio del electrodo negativo de grafito fue del 58%, pero aumentó al 70% después de usarse durante 20 h, un aumento total del 12%.

Al cargar, el estudio mostró que la baja variación de temperatura debido a la condición dinámica, no solo causa una disminución en la capacidad de la batería, también porque se reduce la velocidad del grafito intercalado-li, y la precipitación en la superficie del cátodo metal litio, aunque después de un período de tiempo aparte, esta parte del litio metálico también se puede incrustar en el grafito en el interior nuevamente, pero en el uso práctico, son cortos de tiempo, no se puede garantizar que todo el litio metálico se pueda incrustar en el interior del grafito nuevamente, por lo que puede causar que el litio metálico persista en la superficie del cátodo, no solo afecta la capacidad de las baterías de iones de litio, y puede poner en peligro la seguridad de las baterías de iones de litio, dendrita de litio, por lo tanto, para evitar cargar la batería de iones de litio a baja temperatura como En la medida de lo posible, es necesario utilizar la menor corriente posible al cargar a baja temperatura, y garantizar un tiempo de almacenamiento suficiente después de la carga para eliminar el metal de litio con grap. electrodo negativo hite.

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