Раскрытие тайны: сверхтеоретическая емкость литий-ионных аккумуляторов

Почему литиевая батарея существует феномен сверхтеоретической емкости

В литий-ионных батареях (LIB) многие электроды на основе оксидов переходных металлов обладают необычайно высокой аккумуляторной емкостью, превышающей их теоретическое значение. Хотя об этом явлении широко сообщалось, основные физико-химические механизмы в этих материалах остаются неуловимыми и остаются предметом дискуссий.

Профиль результатов

Недавно профессор Мяо Госин из Университета Ватерлоо, Канада, профессор Юй Гуйхуа из Техасского университета в Остине, а также Ли Хунсен и Ли Цян из Университета Циндао совместно опубликовали исследовательскую работу о природных материалах под названием «Дополнительная емкость хранения в Литий-ионные батареи на основе оксидов переходных металлов, обнаруженные с помощью магнитометрии in situ». В этой работе авторы использовали магнитный мониторинг in situ, чтобы продемонстрировать наличие сильной поверхностной емкости на металлических наночастицах и то, что большое количество спин-поляризованных электронов может храниться в уже восстановленных металлических наночастицах, что согласуется с механизмом пространственного заряда. Кроме того, обнаруженный механизм пространственного заряда может быть распространен на другие соединения переходных металлов, что является ключевым руководством для создания передовых систем хранения энергии.

Основные исследования

(1) Типичное Fe было изучено с использованием метода магнитного мониторинга in-situ3O4/ Эволюция электронной структуры внутри литиевой батареи;

(2) показывает, что в системе Fe3O4/Li емкость поверхностного заряда является основным источником дополнительной емкости;

(3) Механизм поверхностной емкости наночастиц металлов можно распространить на широкий спектр соединений переходных металлов.

Текст и текстовый справочник

1. Структурная характеристика и электрохимические свойства

Монодисперсное полое железо было синтезировано традиционными гидротермальными методами 3O4Наносферы, а затем проведено при 100 мАг-1. Заряд и разряд при плотности тока (рис. 1а), емкость первого разряда составляет 1718 мАч г-1, 1370 мАч г-1, во второй и третий раз 1,364 мАч г-1 соответственно. 926И 1 мАчг-1, Намного больше 3 мАчг-4Теория ожиданий. Изображения BF-STEM полностью разряженного продукта (рис. 1b-c) показывают, что после восстановления лития наносферы Fe3O2 были преобразованы в более мелкие наночастицы Fe размером около XNUMX–XNUMX нм, диспергированные в центре LiXNUMXO.

Чтобы продемонстрировать изменение магнетизма во время электрохимического цикла, была получена кривая намагничивания после полного разряда до 0.01 В (рис. 1d), показывающая суперпарамагнитное поведение из-за образования наночастиц.

Рисунок 1 (а) при 100 мАг-1Fe в циклическом режиме при плотности тока3О4/ Кривая заряда и разряда литиевого аккумулятора при постоянном токе; (б) полностью литиевый электрод Fe3O4, изображение BF-STEM; (c) присутствие Li на совокупных изображениях BF-STEM с высоким разрешением как O, так и Fe; (г) Fe2O3 Кривые гистерезиса электрода до (черный) и после (синий), а также аппроксимированная кривая Ланжевена последнего (фиолетовый).

2. Обнаружение структурной и магнитной эволюции в реальном времени

Чтобы объединить электрохимию со структурными и магнитными изменениями Fe3O4Of, связанными с Fe3O4, электроды были подвергнуты рентгеновской дифракции (XRD) in situ и магнитному мониторингу in situ. Fe в серии рентгенограмм дифракции во время первоначального разряда от напряжения холостого хода (OCV) до 1.2 В3O4. Дифракционные пики существенно не изменились ни по интенсивности, ни по положению (рис. 2а), что указывает на то, что Fe3O4Only претерпел процесс интеркаляции Li. При заряде до 3 В структура антишпинели Fe3O4 остается неповрежденной, что позволяет предположить, что процесс в этом диапазоне напряжений весьма обратим. Дальнейший магнитный мониторинг на месте в сочетании с испытаниями на заряд-разряд постоянным током был проведен для изучения того, как намагниченность развивается в реальном времени (рис. 2b).

Рис. 2. Характеристика рентгеноструктурного анализа на месте и магнитного мониторинга. (А) XRD на месте; (б) Электрохимическая кривая заряда-разряда Fe3O4 в приложенном магнитном поле силой 3 Тл и соответствующий обратимый магнитный отклик in situ.

Чтобы получить более общее представление об этом процессе преобразования с точки зрения изменений намагниченности, магнитный отклик собирается в реальном времени и соответствующий фазовый переход, сопровождающий электрохимически управляемые реакции (рис. 3). Совершенно ясно, что во время первого разряда Fe3O4 Реакция на намагничивание электродов отличается от других циклов из-за Fe во время первой литализации3O4 из-за того, что происходит необратимый фазовый переход. Когда потенциал упал до 0.78В, антишпинельная фаза Fe3O4Фаза превратилась в содержащую Li2Фазу галита FeO класса O, Fe3O4Фаза не может быть восстановлена ​​после зарядки. Соответственно, намагниченность быстро падает до 0.482 мкм·б Fe−1. По мере литиализации новая фаза не образовывалась, а интенсивность дифракционных пиков FeO класса (200) и (220) начала ослабевать. Обратите внимание, что при разряде электрода Fe3O4 от 3 В до 3 В намагниченность (с 4 мкб Fe-0.78 увеличивалась до 0.45 мкб Fe-0.482). Это связывали с реакцией превращения FeO в Fe. Затем, по окончании разряда, намагниченность медленно уменьшалась до 1 мкБ Fe−1.266. Это открытие предполагает, что полностью восстановленные металлические наночастицы Fe1 все еще могут участвовать в реакции хранения лития, тем самым уменьшая намагниченность электродов.

Рисунок 3. Наблюдения фазового перехода и магнитного отклика на месте. (а) Карта XRD Fe3O4In situ, полученная во время первого разряда электрода; (б) Измерение магнитной силы Fe3O4In situ электрохимических циклов / Li-ячеек при приложенном магнитном поле 3 Тл.

3. Fe0/Li2Поверхностная емкость системы О

Fe3O4Магнитные изменения электродов происходят при низких напряжениях, при которых, скорее всего, генерируется дополнительная электрохимическая емкость, что позволяет предположить наличие необнаруженных носителей заряда внутри ячейки. Чтобы изучить потенциальный механизм хранения лития, Fe было изучено с помощью XPS, STEM и анализа спектра магнитных характеристик3O4Электроды с пиками намагниченности при 0.01 В, 0.45 В и 1.4 В, чтобы определить источник магнитных изменений. Результаты показывают, что магнитный момент является ключевым фактором, влияющим на магнитное изменение, поскольку на измеренные значения Fe0/Li2The Ms системы O не влияют магнитная анизотропия и межчастичное взаимодействие.

Для дальнейшего понимания кинетических свойств электродов Fe3O4The при низком напряжении проводилась циклическая вольтамперометрия при различных скоростях сканирования. Как показано на рисунке 4а, прямоугольная кривая циклической вольтамперограммы появляется в диапазоне напряжений от 0.01 В до 1 В (рисунок 4а). На рис. 4б видно, что на электроде возник емкостный отклик Fe3O4A. Благодаря высокообратимому магнитному отклику процесса зарядки и разрядки постоянным током (рис. 4c) намагниченность электрода уменьшалась с 1 В до 0.01 В во время процесса разряда и снова увеличивалась во время процесса зарядки, что указывает на то, что Fe0O из конденсатороподобного Поверхностная реакция весьма обратима.

Рисунок 4. Электрохимические свойства и магнитные характеристики in situ при 0.011 В. (A) Циклическая вольтамперометрическая кривая. (B) значение b определяется с использованием корреляции между пиковым током и скоростью сканирования; в) обратимое изменение намагниченности относительно зарядно-разрядной кривой под действием приложенного магнитного поля напряженностью 5 Тл.

вышеупомянутый Fe3O4. Электрохимические, структурные и магнитные особенности электродов указывают на то, что дополнительная емкость аккумулятора определяется Fe0. Спин-поляризованная поверхностная емкость наночастиц обусловлена ​​сопутствующими магнитными изменениями. Спин-поляризованная емкость является результатом накопления спин-поляризованного заряда на границе раздела и может проявлять магнитный отклик во время заряда и разряда. большие отношения поверхности к объему и реализуют высокую плотность состояний на уровне Ферми из-за сильно локализованных d-орбиталей. В соответствии с теоретической моделью пространственного хранения заряда Майера авторы предполагают, что большие количества электронов могут храниться в полосах спинового расщепления металлических наночастиц Fe, которые могут быть обнаружены в Fe / Li3. Создание спин-поляризованных поверхностных конденсаторов в нанокомпозитах O ( Рисунок 4).

график 5Fe/Li2A Схематическое изображение поверхностной емкости спин-поляризованных электронов на О-интерфейсе. (А) Схематическая диаграмма плотности состояний спиновой поляризации поверхности ферромагнитных металлических частиц (до и после разряда), в отличие от объемная спиновая поляризация железа; (б) формирование области объемного заряда в модели поверхностного конденсатора перезапасенного лития.

Резюме и перспективы

TM/Li был исследован с помощью расширенного магнитного мониторинга in-situ. Эволюция внутренней электронной структуры нанокомпозита O выявила источник дополнительной емкости хранения для этой литий-ионной батареи. Результаты показывают, что как в модельной системе ячеек Fe2O3/Li, электрохимически восстановленные наночастицы Fe могут хранить большие количества спин-поляризованных электронов, что происходит из-за чрезмерной емкости ячейки и значительного изменения межфазного магнетизма. Эксперименты подтвердили CoO, NiO и FeF4 и Fe2. Наличие такой емкости в материале N-электрода указывает на существование спин-поляризованной поверхностной емкости металлических наночастиц в литий-ионных батареях и закладывает основу для применения этого механизма накопления пространственного заряда в других переходных процессах. Электродные материалы на основе соединений металлов.

Ссылка на литературу

Дополнительная емкость литий-ионных батарей на основе оксидов переходных металлов, обнаруженная с помощью магнитометрии in situ (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Влияние формулы расчета пластины литиевого электрода и дефектов пластины электрода на производительность

1. Статья об основах дизайна полюсных фильмов

Электрод литиевой батареи представляет собой покрытие, состоящее из частиц, равномерно нанесенных на металлическую жидкость. Покрытие электродов литий-ионного аккумулятора можно рассматривать как композитный материал, состоящий в основном из трех частей:

(1) Частицы активного вещества;

(2) составляющая фаза проводящего агента и агента (углеродная клейкая фаза);

(3) Поры заполняются электролитом.

Объемное соотношение каждой фазы выражается как:

Пористость + объемная доля живого вещества + объемная доля углеродной клейкой фазы = 1

Разработка конструкции электрода литиевой батареи очень важна, и теперь кратко представлены базовые знания о конструкции электрода литиевой батареи.

(1) Теоретическая емкость материала электрода. Теоретическая емкость материала электрода, то есть емкость, обеспечиваемая всеми ионами лития в материале, участвующим в электрохимической реакции, ее значение рассчитывается по следующему уравнению:

Например, молярная масса LiFePO4 составляет 157.756 г/моль, а его теоретическая емкость равна:

Это расчетное значение представляет собой только теоретическую емкость в граммах. Чтобы обеспечить обратимую структуру материала, фактический коэффициент удаления ионов лития составляет менее 1, а фактическая емкость материала в граммах составляет:

Фактическая емкость материала в граммах = теоретическая емкость коэффициента отключения ионов лития.

(2) Расчетная емкость батареи и чрезвычайно односторонняя плотность Расчетная емкость батареи может быть рассчитана по следующей формуле: расчетная емкость батареи = поверхностная плотность покрытия, коэффициент активного материала, емкость активного материала, граммы, площадь покрытия полюсного листа.

Среди них поверхностная плотность покрытия является ключевым параметром проектирования. Когда плотность уплотнения остается неизменной, увеличение поверхностной плотности покрытия означает, что толщина полюсного листа увеличивается, расстояние передачи электронов увеличивается, а сопротивление электронов увеличивается, но степень увеличения ограничена. В толстом электродном листе основной причиной, влияющей на передаточные характеристики, является увеличение сопротивления миграции ионов лития в электролите. Учитывая пористость и извилистость пор, расстояние миграции ионов в поре во много раз превышает толщину полюсного листа.

(3) Отношение отрицательно-положительной емкости N/P отрицательной емкости к положительной емкости определяется как:

N / P должно быть больше 1.0, обычно 1.04 ~ 1.20, что в основном относится к конструкции безопасности, чтобы предотвратить осаждение отрицательных ионов лития без источника приемки, при проектировании учитывается производительность процесса, например, отклонение покрытия. Однако, когда N/P слишком велико, батарея необратимо потеряет емкость, что приведет к снижению емкости батареи и снижению плотности энергии батареи.

Для анода из титаната лития принята конструкция с избытком положительного электрода, а емкость батареи определяется емкостью анода из титаната лития. Конструкция с положительным избытком способствует улучшению характеристик батареи при высоких температурах: высокотемпературный газ в основном поступает из отрицательного электрода. В конструкции с положительным избытком отрицательный потенциал низок, и на поверхности титаната лития легче сформировать пленку SEI.

(4) Плотность уплотнения и пористость покрытия. В процессе производства плотность уплотнения покрытия аккумуляторного электрода рассчитывается по следующей формуле. Учитывая, что при прокатке опорного листа металлическая фольга растягивается, поверхностная плотность покрытия после прокатки рассчитывается по следующей формуле.

Как упоминалось ранее, покрытие состоит из фазы живого материала, углеродной адгезионной фазы и пор, а пористость можно рассчитать по следующему уравнению.

Среди них средняя плотность покрытия: электрод литиевой батареи представляет собой разновидность покрытия из частиц порошка, потому что поверхность частиц порошка шероховатая, неправильной формы, при накоплении частицы между частицами и частицами, а некоторые сами частицы имеют трещины и поры, таким образом, объем порошка включает объем порошка, поры между частицами порошка и частицами, следовательно, соответствующее разнообразие плотности электродного покрытия и представления пористости. Плотность частиц порошка относится к массе порошка в единице объема. По объему порошка его делят на три вида: истинную плотность, плотность частиц и плотность накопления. Различные плотности определяются следующим образом:

1. Истинная плотность относится к плотности, полученной путем деления массы порошка на объем (реальный объем), исключая внутренние и внешние промежутки частиц. То есть плотность самой материи, полученная после исключения объёма всех пустот.
2. Плотность частиц относится к плотности частиц, полученной путем деления массы порошка на объем частиц, включая открытое и закрытое отверстия. То есть зазор между частицами, а не мелкие поры внутри частиц, плотность самих частиц.
3. Плотность накопления, то есть плотность покрытия, относится к плотности, полученной путем деления массы порошка на объем покрытия, образованного порошком. Используемый объем включает поры самих частиц и пустоты между частицами.

Для одного и того же порошка истинная плотность > плотность частиц > плотность упаковки. Пористость порошка – это отношение пор в покрытии частиц порошка, то есть отношение объема пустот между частицами порошка и пор частиц к общему объему покрытия, которое обычно выражают в процентах. Пористость порошка представляет собой комплексное свойство, связанное с морфологией частиц, состоянием поверхности, размером частиц и их распределением по размерам. Его пористость напрямую влияет на проникновение электролита и передачу ионов лития. В общем, чем больше пористость, тем легче проникновение электролита и тем быстрее передача ионов лития. Поэтому при проектировании литиевой батареи иногда для определения пористости обычно используют метод давления ртути, метод адсорбции газа и т. д. Также можно получить расчет плотности. Пористость также может иметь разные значения при использовании разных плотностей для расчетов. Когда плотность пористости живого вещества, проводящего агента и связующего рассчитывается по истинной плотности, расчетная пористость включает зазор между частицами и зазор внутри частиц. Когда пористость живого вещества, проводящего агента и связующего рассчитывается по плотности частиц, расчетная пористость включает зазор между частицами, но не зазор внутри частиц. Таким образом, размер пор электродного листа литиевой батареи также является многомасштабным: обычно зазор между частицами имеет микронный размер, а зазор внутри частиц находится в масштабе от нанометра до субмикрона. В пористых электродах взаимосвязь транспортных свойств, таких как эффективный коэффициент диффузии и проводимость, может быть выражена следующим уравнением:

Где D0 представляет собой скорость собственной диффузии (проводимости) самого материала, ε — объемная доля соответствующей фазы, а τ — окружная кривизна соответствующей фазы. В макроскопической однородной модели обычно используют соотношение Брюггемана, принимая коэффициент ɑ =1.5 для оценки эффективной положительности пористых электродов.

Электролит заполнен порами пористых электродов, в которых ионы лития проводятся через электролит, а характеристики проводимости ионов лития тесно связаны с пористостью. Чем больше пористость, тем выше объемная доля электролитной фазы и тем больше эффективная проводимость ионов лития. В листе положительного электрода электроны передаются через углеродную клейкую фазу, объемная доля углеродной клейкой фазы и обход углеродной клейкой фазы непосредственно определяют эффективную проводимость электронов.

Пористость и объемная доля углеродной клейкой фазы противоречивы, а большая пористость неизбежно приводит к объемной доле углеродной клейкой фазы, поэтому эффективные проводящие свойства ионов лития и электронов также противоречивы, как показано на рисунке 2. По мере уменьшения пористости эффективная проводимость ионов лития уменьшается, а эффективная проводимость электронов увеличивается. Как сбалансировать эти два фактора, также имеет решающее значение при конструкции электродов.

Рисунок 2. Принципиальная диаграмма пористости, литий-ионной и электронной проводимости.

2. Вид и обнаружение дефектов полюсов.

 

В настоящее время в процессе подготовки полюсов батареи применяется все больше и больше технологий онлайн-обнаружения, чтобы эффективно выявлять производственные дефекты продукции, устранять дефектные продукты и своевременную обратную связь с производственной линией, автоматическую или ручную корректировку производства. процесс, чтобы уменьшить дефектный уровень.

Технологии онлайн-обнаружения, обычно используемые при производстве полюсных листов, включают определение характеристик суспензии, определение качества полюсных листов, определение размеров и т. д. Например: (1) онлайн-измеритель вязкости устанавливается непосредственно в резервуар для хранения покрытия для обнаружения реологических характеристики раствора в режиме реального времени. Проверьте стабильность раствора; (2) Использование рентгеновских лучей или β-лучей в процессе нанесения покрытия, высокая точность измерений, но большое излучение, высокая цена оборудования и проблемы с обслуживанием; (3) Для измерения толщины полюсного листа применяется лазерная технология онлайн-измерения толщины. Точность измерения может достигать ± 1 мкм. Она также может отображать тенденцию изменения измеренной толщины и толщины в реальном времени. Облегчает отслеживание данных. и анализ; (0) Технология CCD-видения. То есть линейная ПЗС-матрица используется для сканирования измеряемого объекта, обработки изображений в реальном времени и анализа категорий дефектов, реализации неразрушающего онлайн-обнаружения дефектов поверхности полюсного листа.

В качестве инструмента контроля качества технология онлайн-тестирования также важна для понимания взаимосвязи между дефектами и характеристиками аккумуляторов, а также для определения критериев квалификации/неквалифицированных полуфабрикатов.

В последней части кратко представлены новый метод обнаружения поверхностных дефектов литий-ионных аккумуляторов, технология инфракрасного тепловидения и взаимосвязь между этими различными дефектами и электрохимическими характеристиками. Проконсультируйтесь с Д. Моханти. Тщательное исследование, проведенное Моханти и др.

(1) Распространенные дефекты на поверхности полюсного листа

На рисунке 3 показаны распространенные дефекты на поверхности электрода литий-ионного аккумулятора: оптическое изображение слева и изображение, полученное тепловизором, справа.

Рисунок 3 Распространенные дефекты на поверхности опорного листа: (а, б) выпуклость оболочки/агрегата; (в, г) капля материала/отверстие; д, е – металлическое инородное тело; (ж, з) неравномерное покрытие

 

(A, b) выпуклость/агрегат, такие дефекты могут возникнуть, если суспензия перемешивается равномерно или скорость нанесения покрытия нестабильна. Скопление клея и токопроводящих веществ приводит к низкому содержанию активных ингредиентов и легкому весу полярных таблеток.

 

(c, d) капля/отверстие, эти дефектные участки не имеют покрытия и обычно образуются в результате пузырьков в суспензии. Они уменьшают количество активного материала и подвергают коллектор воздействию электролита, тем самым снижая электрохимическую емкость.

 

(E, f) металлические инородные тела, суспензия или металлические инородные тела, попавшие в оборудование и окружающую среду, а также металлические инородные тела могут нанести большой вред литиевым батареям. Крупные металлические частицы напрямую повреждают диафрагму, что приводит к короткому замыканию между положительным и отрицательным электродами, что является физическим коротким замыканием. Кроме того, когда металлическое инородное тело примешивается к положительному электроду, положительный потенциал увеличивается после зарядки, металл растворяется, распространяется через электролит, а затем осаждается на отрицательной поверхности и, наконец, пробивает диафрагму, образуя короткое замыкание. Это короткое замыкание химического растворения. Наиболее распространенными металлическими инородными телами на территории аккумуляторного завода являются Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS и т. д.

 

(g, h) неравномерное покрытие, например, недостаточное смешивание суспензии, на крупности частиц легко появляются полосы, когда частица большая, что приводит к неравномерному покрытию, которое влияет на постоянство емкости аккумулятора и даже появляется полностью отсутствие полос покрытия, влияет на производительность и безопасность.

(2) Технология обнаружения дефектов поверхности полюсного чипа Технология инфракрасного (ИК) тепловидения используется для обнаружения мелких дефектов на сухих электродах, которые могут ухудшить работу литий-ионных аккумуляторов. Если во время онлайн-обнаружения обнаружен дефект электрода или загрязняющее вещество, отметьте его на листе полюсов, устраните его в последующем процессе и отправьте обратно на производственную линию, а также вовремя скорректируйте процесс для устранения дефектов. Инфракрасные лучи — это разновидность электромагнитной волны, которая имеет ту же природу, что и радиоволны и видимый свет. Специальное электронное устройство используется для преобразования распределения температуры поверхности объекта в видимое изображение человеческого глаза, а для отображения распределения температуры поверхности объекта в различных цветах называется технологией инфракрасного тепловидения. Это электронное устройство называется инфракрасным тепловизором. Все объекты выше абсолютного нуля (-273℃) излучают инфракрасное излучение.
Как показано на рисунке 4, инфракрасный тепловой аппроксиматор (ИК-камера) использует инфракрасный детектор и оптический объектив для получения изображения, чтобы принять картину распределения энергии инфракрасного излучения измеряемого целевого объекта и отразить ее на светочувствительном элементе инфракрасного детектора для получения инфракрасное тепловое изображение, соответствующее полю распределения тепла на поверхности объекта. При наличии дефекта на поверхности объекта происходит смещение температуры в этой области. Следовательно, эту технологию также можно использовать для обнаружения дефектов на поверхности объекта, особенно она подходит для некоторых дефектов, которые невозможно различить с помощью оптических средств обнаружения. Когда высыхающий электрод литий-ионного аккумулятора обнаруживается онлайн, электрод-электрод сначала облучается вспышкой, температура поверхности изменяется, а затем температура поверхности определяется с помощью тепловизора. Изображение распределения тепла визуализируется, изображение обрабатывается и анализируется в режиме реального времени для обнаружения дефектов поверхности и их своевременной маркировки. Моханти В ходе исследования на выходе из сушильной печи устройства для нанесения покрытий был установлен тепловизор для определения изображения распределения температуры на поверхности электродного листа.

Рисунок 5 (а) представляет собой карту распределения температуры поверхности покрытия листа положительного полюса NMC, обнаруженного тепловизором, который содержит очень небольшой дефект, который невозможно различить невооруженным глазом. На внутренней вставке показана кривая распределения температуры, соответствующая участку маршрута, со скачком температуры в точке дефекта. На рисунке 5 (б) температура локально возрастает в соответствующем квадрате, соответствующем дефекту поверхности полюсного листа. ИНЖИР. 6 представляет собой диаграмму распределения температуры на поверхности листа отрицательного электрода, показывающую наличие дефектов, где пик повышения температуры соответствует пузырю или агрегату, а область понижения температуры соответствует точечному отверстию или капле.

Рисунок 5. Распределение температуры на поверхности листа положительного электрода.

Рисунок 6. Распределение температуры на поверхности отрицательного электрода.

 

Видно, что тепловизионное обнаружение распределения температуры является хорошим средством обнаружения дефектов поверхности полюсного листа, которое можно использовать для контроля качества изготовления полюсного листа. Влияние дефектов поверхности полюсного листа на работоспособность аккумулятора

 

(1) Влияние на емкость умножителя батареи и кулоновский КПД.

На рис. 7 показана кривая влияния агрегата и точечного отверстия на емкость умножителя батареи и эффективность кулера. Агрегат действительно может улучшить емкость аккумулятора, но снизить эффективность кулера. Точечное отверстие снижает емкость аккумулятора и эффективность Кулуна, а эффективность Кулуна значительно снижается с высокой скоростью.

Рисунок 7. Влияние катодного агрегата и точечного отверстия на емкость батареи и эффективность. Рисунок 8 - неравномерное покрытие, а также металлические инородные тела Co и Al на емкость батареи и влияние кривой эффективности, неравномерное покрытие снижает массу блока батареи на 10% - 20%, но вся емкость батареи уменьшилась на 60%, это говорит о том, что живая масса в полярном куске значительно уменьшилась. Инородное тело металлического Co снижает емкость и кулоновскую эффективность, даже при большом увеличении 2C и 5C, вообще нет емкости, что может быть связано с образованием металлического Co в электрохимической реакции лития и внедренного лития, или это могут быть металлические частицы заблокировал поры диафрагмы, вызвал микрокороткое замыкание.

Рисунок 8. Влияние неравномерного покрытия положительного электрода и металлических инородных тел Co и Al на емкость умножителя батареи и эффективность кулера.

Краткое описание дефектов катодного листа: Разрушение покрытия катодного листа снижает кулоновский КПД батареи. Отверстия в положительном покрытии снижают кулоновскую эффективность, что приводит к ухудшению характеристик умножителя, особенно при высокой плотности тока. Гетерогенное покрытие показало плохую эффективность увеличения. Загрязняющие металлические частицы могут вызывать микрокороткие замыкания и, следовательно, значительно снижать емкость аккумулятора.
На рисунке 9 показано влияние фольги с отрицательной утечкой на емкость умножителя и КПД батареи Кулуна. Когда утечка происходит на отрицательном электроде, емкость аккумулятора значительно снижается, но граммовая емкость не очевидна, и влияние на КПД Кулуна незначительно.

 

Рисунок 9. Влияние полоски фольги с утечкой отрицательного электрода на емкость умножителя батареи и КПД Кулуна (2) Влияние на производительность цикла умножителя батареи. Рисунок 10 представляет собой результат влияния дефекта поверхности электрода на цикл умножителя батареи. Результаты влияния суммируются следующим образом:
Эгрегация: при 2С коэффициент сохранения емкости за 200 циклов составляет 70%, а неисправная батарея - 12%, тогда как при 5С коэффициент сохранения емкости за 200 циклов составляет 50% и неисправная батарея - 14%.
Игольное отверстие: снижение мощности очевидно, но общее затухание дефектов не происходит быстро, а скорость поддержания мощности при 200 циклах 2C и 5C составляет 47% и 40% соответственно.
Металлическое инородное тело: емкость инородного тела из металлического Co равна почти 0 после нескольких циклов, а емкость цикла 5C для металлического инородного тела из алюминиевой фольги значительно снижается.
Полоса утечки: для одной и той же области утечки емкость батареи нескольких меньших полосок уменьшается быстрее, чем полоса большего размера (47% для 200 циклов в 5C) (7% для 200 циклов в 5C). Это указывает на то, что чем больше количество полос, тем больше влияние на цикл работы батареи.

Рисунок 10. Влияние дефектов поверхности электродного листа на цикл скорости ячейки.

 

Ссылка: [1] Неразрушающая оценка электродов литиевой вторичной батареи с покрытием из щелевой матрицы с помощью встроенного лазерного штангенциркуля и методов ИК-термографии [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2] Эффект дефектов изготовления электродов на электрохимические характеристики литий-ионных аккумуляторов: распознавание источников отказа аккумуляторов [J]. Журнал Power Sources.2016, 312: 70-79.