Appréciation de la littérature - Un appareil pour l'étude de l'évolution des gaz in situ dans les cellules de poche Li-Ion

Appréciation de la littérature - Un appareil pour l'étude de l'évolution des gaz in situ dans les cellules Li-IonPouch

Informations sur l'auteur et résumé de l'article

CP Aiken (premier auteur) et JR Dahn (auteur correspondant) de l'Université Dalhousie au Canada ont présenté un dispositif de production de gaz in situ de batteries lithium-ion souples pour analyser la formation et la charge initiale du système de cellules de batterie ternaire. Le phénomène de production de gaz dans le processus de décharge permet de distinguer l'influence de différents additifs électrolytiques sur le changement de volume de la cellule. 

Principe de mesure

Figure 1. Diagramme schématique de la force cellulaire

Loi d'Archimède sur la flottabilité et théorème de Newton : 

Où ρ est la densité du liquide, g est l'accélération due à la gravité, V est le volume de la cellule, Ftension est la force de traction, et la masse de la lecture de la balance.

Appareil de mesure

Accrochez la cellule de la batterie dans le liquide d'huile de silicone et testez la force de traction du noyau de la batterie en même temps, et connectez les onglets des pôles positifs et négatifs du noyau de la batterie à l'équipement de charge et de décharge Maccor série 4000 pour réaliser la charge synchrone. et décharge de la batterie. La température de l'environnement de test est de 40,0 ± 0,1℃.

Figure 2. Le schéma physique et le schéma de circuit du dispositif de mesure in situ

Figure 3. Bruit à vide de l'équipement

Analyse des résultats

1. L'influence du luminaire

La présence ou non d'un accessoire lors de la formation de la cellule affectera la répétabilité du test et la tendance du changement de volume. Pour les batteries avec pinces, le gaz généré sera pressé dans le sac de film aluminium-plastique vierge sur le côté, et le volume des batteries ne montrera pas une tendance évidente à la baisse, tandis que le gaz généré par les batteries sans pinces restera sur le pièces polaires. En surface, d'autres réactions se produisent, entraînant une diminution du volume de la cellule d'environ 0,1 ml. Par conséquent, l'influence des luminaires doit être prise en compte pendant l'expérience, et les expériences ultérieures sont toutes sans luminaires.

Figure 4. L'effet du luminaire sur la tension et le volume de la cellule

2. L'influence du grossissement

En comparant les changements de volume de la cellule dans les quatre conditions de charge et de décharge pour la préparation du lithium, on peut voir que pendant le premier processus de charge, le volume de la cellule atteint le maximum, et que le temps de charge et de décharge augmente, le volume global de la cellule montre un tendance à la baisse. Cela peut être lié au fait qu'au fur et à mesure que la durée du test est prolongée, le premier gaz généré réagira davantage et entraînera une diminution du volume. De plus, le phénomène de "dents de scie" peut être observé pendant le processus de charge et de décharge de la batterie, qui est principalement lié à l'expansion et à la contraction de la pièce polaire lors du processus de libération du lithium. Par conséquent, afin de voir plus de signaux de charge et de décharge, le taux de charge et de décharge du noyau est de préférence inférieur à C/3. 

Figure 5. L'influence du taux de charge et de décharge sur la tension et le volume de la cellule

3. L'influence de l'humidité et du type d'additif

Le fait que la cellule nue ait été séchée sous vide pendant suffisamment longtemps avant l'injection de liquide est un facteur clé affectant la teneur en eau de la cellule. En comparant la différence de production de gaz entre les additifs VC et VEC, on peut voir que lorsque la cellule contient de l'humidité sans séchage sous vide, la production de gaz lors de la formation sera supérieure à celle de la cellule séchée.

Les cellules contenant uniquement des VEC produisent la plus grande quantité de gaz. Les cellules contenant du VC produisent encore moins de gaz que les batteries à électrolyte vierge. Lorsque VEC et VC sont additionnés, la production de gaz de la cellule est inférieure à celle des cellules vierges. Ce qui précède montre que le VEC produit plus de gaz lorsqu'il réagit, mais lorsque le VC est ajouté à nouveau, il inhibe la réaction de production de gaz du VEC. Le phénomène de production de gaz inhibant le VC se produit également dans le processus de formation des cellules lorsque le VC est ajouté à l'ES et à 11 autres additifs. En comparant les courbes de volume de production de gaz de différents types d'additifs, il peut également être utilisé pour sélectionner des additifs électrolytiques appropriés.

Figure 6. L'effet du type d'additif sur la tension et le volume de la cellule

Résumé

Le dispositif de surveillance de la production de gaz in situ de cet article permet de surveiller en temps réel le changement de volume de la cellule dans l'étape de formation, puis de comparer et d'analyser le comportement de production de gaz de différents additifs :

1. Le courant de formation n'a aucun effet significatif sur la production totale maximale de gaz de la cellule dans la plage d'erreur mesurable de l'équipement ;

2. La majeure partie de la production de gaz de la cellule de batterie se produit au stade de la formation. Au fur et à mesure que le temps de charge et de décharge augmente, le volume de la cellule de la batterie diminue progressivement, principalement parce que la réaction ultérieure consomme une partie du gaz ;

3.Parmi les 14 types d'additifs qui ont été testés, la combinaison de 2% VC + 2% PES est la meilleure combinaison pour réduire la production de gaz de formation, tandis que VEC et ES ne produiront pas de gaz pendant la formation, et retarderont la temps de démarrage du gaz de production des cellules.

Recommandation d'équipement de test lié à l'IEST

Moniteur de volume de production de gaz in situ: modèle GVM2200 (IEST), plage de température de test 20 ℃ ~ 85 ℃, prise en charge du test synchrone à double canal (2 cellules), résolution 1 μL, stabilité à long terme et peut être surveillé simultanément Les changements dans le volume de gaz produit par la cellule dans les conditions de circulation, de stockage, de surcharge et de surdécharge, aide à la recherche et au développement de matériaux et de cellules !

Rréférence

CP Aiken, JR Dahn et al. Un appareil pour l'étude de l'évolution des gaz in situ dans les cellules à poche Li-Ion.J. Electro Soc, 161(2014) A1548-A1554.