De Wanter kënnt, kuckt de Phänomen vun der Tieftemperaturanalyse vu Lithium-Ion-Batterien

D'Performance vu Lithium-Ion-Batterien ass staark vun hiren kineteschen Charakteristiken beaflosst. Well Li+ muss als éischt desolvéiert ginn wann et am Grafitmaterial agebonne gëtt, muss et eng gewësse Quantitéit un Energie verbrauchen an d'Diffusioun vu Li+ an d'Grafit behënneren. Am Géigendeel, wann Li + aus dem Graphitmaterial an d'Léisung entlooss gëtt, geschitt de Solvatiounsprozess als éischt, an de Solvatiounsprozess erfuerdert keen Energieverbrauch. Li+ kann d'Grafit séier ewechhuelen, wat zu enger wesentlech méi schlechter Ladungsakzeptanz vum Grafitmaterial féiert. An der Entladung Akzeptanz .

Bei niddregen Temperaturen hunn d'kinetesch Charakteristike vun der negativer Grafitelektrode verbessert a verschlechtert. Dofir gëtt d'elektrochemesch Polariséierung vun der negativer Elektrode wesentlech verstäerkt während dem Opluedprozess, wat einfach zum Ausfäll vu metallesche Lithium op der Uewerfläch vun der negativer Elektrode féiere kann. Fuerschung vum Christian von Lüders vun der Technescher Universitéit vu München, Däitschland, huet gewisen datt bei -2°C d'Ladegrad C/2 iwwerschreift, an d'Quantitéit u Metalllithium-Nidderschlag däitlech erhéicht gëtt. Zum Beispill, um C / 2 Taux, ass d'Quantitéit u Lithiumplack op der opposéierender Elektrodenfläch ongeféier déi ganz Ladung. 5.5% vun der Kapazitéit awer wäert 9% ënner 1C Vergréisserung erreechen. De ausgefallene metallesche Lithium ka weider entwéckelen a schlussendlech zu Lithiumdendriten ginn, duerch d'Membran duerchbriechen a Kuerzschluss vun de positiven an negativen Elektroden verursaachen. Dofir ass et néideg fir d'Lithium-Ion Batterie sou vill wéi méiglech bei niddregen Temperaturen ze laden. Wann et d'Batterie bei enger niddereger Temperatur muss laden, ass et essentiell fir e klenge Stroum ze wielen fir d'Lithium-Ion-Batterie sou vill wéi méiglech ze laden an d'Lithium-Ion-Batterie voll ze späicheren no der Opluedung fir sécherzestellen datt de metallesche Lithium aus der negativer Elektrode ausfällt. kann mat GRAPHITE reagéieren an nees an der negativ GRAPHITE Elektroden agebaut.

D'Veronika Zinth an anerer vun der Technescher Universitéit vu München hunn Neutronediffraktioun an aner Methoden benotzt fir d'Lithium-Evolutiounsverhalen vu Lithium-Ion-Batterien bei enger niddereger Temperatur vun -20°C ze studéieren. Neutronediffraktioun ass eng nei Detektiounsmethod an de leschte Joeren. Am Verglach mam XRD ass d'Neutronendiffraktioun méi empfindlech op liicht Elementer (Li, O, N, etc.), sou datt et ganz gëeegent ass fir net-zerstéierend Tester vu Lithium-Ion Batterien.

Am Experiment huet VeronikaZinth d'NMC111/Graphit 18650 Batterie benotzt fir d'Lithium Evolutiounsverhalen vu Lithium-Ion Batterien bei niddregen Temperaturen ze studéieren. D'Batterie gëtt gelueden an entlooss wärend dem Test no dem Prozess an der Figur hei ënnen.

Déi folgend Figur weist d'Phaseännerung vun der negativer Elektrode ënner verschiddene SoCs wärend dem zweeten Opluedzyklus bei C / 30 Taux Opluedstatioun. Et kann schéngen datt bei 30.9% SoC d'Phasen vun der negativer Elektrode haaptsächlech LiC12, Li1-XC18 an eng kleng Quantitéit vu LiC6 Kompositioun sinn; nodeems de SoC 46% iwwerschratt, geet d'Diffraktiounsintensitéit vu LiC12 weider erof, während d'Kraaft vu LiC6 weider eropgeet. Wéi och ëmmer, och nodeems d'Finale Ladung fäerdeg ass, well nëmmen 1503mAh bei niddreger Temperatur gelueden ass (d'Kapazitéit ass 1950mAh bei Raumtemperatur), existéiert LiC12 an der negativer Elektrode. Ugeholl datt de Ladestroum op C/100 reduzéiert gëtt. An deem Fall kann d'Batterie nach ëmmer eng Kapazitéit vun 1950mAh bei niddregen Temperaturen kréien, wat beweist datt d'Reduktioun vun der Kraaft vu Lithium-Ion-Batterien bei niddregen Temperaturen haaptsächlech duerch d'Verschlechterung vun de kinetesche Bedéngungen ass.

D'Figur hei ënnen weist d'Phaseännerung vu Grafit an der negativer Elektrode beim Laden no der C / 5-Taux bei enger niddereger Temperatur vun -20 ° C. Et ka gesinn datt d'Phaseännerung vu Grafit wesentlech anescht ass am Verglach zum C / 30 Taux Opluedstatioun. Et kann aus der Figur gesi ginn datt wann SoC> 40% d'Phasestäerkt vun der Batterie LiC12 ënner der C/5 Ladungsrate wesentlech méi lues erofgeet, an d'Erhéijung vun der LiC6 Phasestäerkt ass och wesentlech méi schwaach wéi déi vum C/30 charge Taux. Et weist datt mat engem relativ héijen Taux vu C / 5 manner LiC12 weider Lithium intercaléiert an an LiC6 ëmgewandelt gëtt.

D'Figur hei ënnen vergläicht d'Phasenännerungen vun der negativer Grafitelektrode beim Laden bei C / 30 respektiv C / 5 Tariffer. D'Figur weist datt fir zwee verschidde Opluedstaux déi lithium-aarm Phase Li1-XC18 ganz ähnlech ass. Den Ënnerscheed ass haaptsächlech an den zwou Phasen vu LiC12 a LiC6 reflektéiert. Et kann aus der Figur gesi ginn datt de Phaseännerungstrend an der negativer Elektrode relativ no ass an der éischter Etapp vum Opluedstatioun ënner den zwee Ladungsraten. Fir d'LiC12 Phase, wann d'Ladekapazitéit 950mAh (49% SoC) erreecht, fänkt de Verännerungen Trend anescht aus. Wann et 1100mAh (56.4% SoC) kënnt, fänkt d'LiC12 Phase ënner deenen zwou Vergréisserungen e wesentleche Spalt ze weisen. Wann Dir op engem nidderegen Taux vun C / 30 Opluedstatiounen, ass de Réckgang vun der LiC12 Etapp ganz séier, mä de Réckgang vun der LiC12 Phase um C / 5 Taux ass vill méi lues; dat heescht, d'kinetesch Bedéngungen vun der Lithium-Aféierung an der negativer Elektrode verschlechtert sech bei niddregen Temperaturen. , Also datt LiC12 weider Lithium intercaléiert fir LiC6 Phasegeschwindegkeet ze generéieren ass erofgaang. Entspriechend erhéicht d'LiC6 Phase ganz séier mat engem nidderegen Taux vu C / 30 awer ass vill méi lues mat engem Taux vun C / 5. Dëst weist datt um C / 5 Taux méi petite Li an der Kristallstruktur vu Grafit agebonnen ass, awer wat interessant ass ass datt d'Ladekapazitéit vun der Batterie (1520.5mAh) bei der C / 5 Ladungsrate méi héich ass wéi déi am C /30 charge Taux. D'Kraaft (1503.5mAh) ass méi héich. Déi extra Li, déi net an der negativer Grafitelektrode agebaut ass, gëtt méiglecherweis op d'Graphit-Uewerfläch a Form vu metallesche Lithium ausgefall. De Standprozess nom Enn vun der Opluedstatioun beweist dat och vun der Säit - e bëssen.

Déi folgend Figur weist d'Phase Struktur vun der negativ GRAPHITE Elektroden no Opluedstatiounen an nodeems se fir 20 Stonnen lénks. Um Enn vun der Opluedstatioun ass d'Phas vun der negativer Grafitelektrode ganz anescht ënner deenen zwee Opluedraten. Bei C / 5 ass d'Verhältnis vu LiC12 an der Grafitanode méi héich, an de Prozentsaz vu LiC6 ass méi niddereg, awer nom Stand vun 20 Stonnen ass den Ënnerscheed tëscht deenen zwee minimal ginn.

D'Figur hei ënnen weist d'Phaseännerung vun der negativer Grafitelektrode während dem 20h Späicherprozess. Et kann aus der Figur gesinn, datt obwuel d'Phasen vun den zwou opposéierend Elektroden am Ufank nach ëmmer ganz ënnerschiddlech sinn, wéi d'Späicherzäit eropgeet, déi zwou Zorte vu Laden D'Bühn vun der Grafittanode ënner der Vergréisserung huet sech ganz no geännert. LiC12 ka weider op LiC6 wärend dem Regalprozess ëmgewandelt ginn, wat beweist datt Li weider am Grafit am Regalprozess agebonne gëtt. Dësen Deel vu Li ass méiglecherweis metallesche Lithium ausfällt d'Uewerfläch vun der negativer Grafitelektrode bei niddereger Temperatur. Weider Analyse huet gewisen datt um Enn vum Opluedstatioun um C / 30 Taux de Grad vun der Lithium Interkalatioun vun der negativer Grafitelektrode 68% war. Trotzdem ass de Grad vun der Lithium-Interkalatioun op 71% no Regal eropgaang, eng Erhéijung vun 3%. Um Enn vun der Opluedstatioun um C / 5 Taux war de Lithium-Insertiounsgrad vun der negativer Grafitelektrode 58%, awer nodeems se 20 Stonnen verlooss gi sinn, ass et op 70% eropgaang, eng total Erhéijung vun 12%.

Déi uewe genannte Fuerschung weist datt beim Laden bei niddregen Temperaturen d'Batteriekapazitéit reduzéiert gëtt wéinst der Verschlechterung vun de kinetesche Bedéngungen. Et wäert och d'Lithiummetall op der Uewerfläch vun der negativer Elektrode ausfällen wéinst der Ofsenkung vun der Graphit-Lithium-Insertiounsquote. Allerdéngs, no enger Period vun Stockage, Dësen Deel vun metallen Lithium kann erëm an der GRAPHITE agebonne ginn; am aktuellen Gebrauch ass d'Regalzäit dacks kuerz, an et gëtt keng Garantie datt all metallesche Lithium erëm an d'Graphit agebonne ka ginn, sou datt et e puer metallesche Lithium verursaache kann an der negativer Elektrode ze existéieren. D'Uewerfläch vun der Lithium-Ion-Batterie beaflosst d'Kapazitéit vun der Lithium-Ion-Batterie a kann Lithium-Dendriten produzéieren, déi d'Sécherheet vun der Lithium-Ion-Batterie a Gefor bréngen. Dofir probéiert d'Lithium-Ion Batterie bei niddregen Temperaturen ze laden. Niddereg Stroum, an no Astellung, garantéieren genuch Regalzäit fir de Metalllithium an der negativer Grafitelektrode ze eliminéieren.

Dësen Artikel bezitt sech haaptsächlech op déi folgend Dokumenter. De Bericht gëtt nëmme benotzt fir verbonne wëssenschaftlech Wierker, Klassesallunterricht a wëssenschaftlech Fuerschung anzeféieren an ze iwwerpréiwen. Net fir kommerziell Notzung. Wann Dir Copyright Froen hutt, fillt Iech gratis eis ze kontaktéieren.

1.Rate Kapazitéit vu Grafitmaterialien als negativ Elektroden an Lithium-Ionkondensatoren, Elektrochemica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2.Lithiumplating in Lithium-Ion-Batterien ënnersicht duerch Spannungsrelaxatioun an in situ Neutronendiffraktioun, Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V. Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3.Lithiumplating in Lithium-Ion-Batterie bei sub-ambient temperatures investigated by in situ neutrondiffraction, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles