Analyse au lithium non destructible des cellules de poche Li-ion, fenêtre de taux

La large application des batteries lithium-ion, les clients finaux ont également mis en avant des exigences de plus en plus élevées pour les performances de charge rapide des batteries lithium-ion. Mais améliorer aveuglément les performances de charge rapide de la batterie au lithium entraînera un certain degré de risques pour la sécurité, parmi lesquels la conséquence la plus grave est l'apparition de précipitations de lithium, d'une part, entraîner une perte de capacité, d'autre part, il peut également y avoir être le court-circuit des électrodes positive et négative lors du perçage du diaphragme. Comment évaluer si l'analyseur de batterie au lithium? La méthode traditionnelle consiste à démonter la méthode de cellule de batterie pour déterminer rapidement la fenêtre d'analyse du lithium de la cellule de batterie. 

En démontant la cellule de charge complète, l'œil nu observe s'il y a du gris et du blanc sur la surface négative du dépôt de lithium négatif. Cependant, la méthode de démontage est une méthode non in situ. D'une part, l'opération est gênante, et d'autre part, elle ne peut juger que le rapport ou la température d'analyse approximative du lithium, et ne peut pas obtenir la fenêtre d'analyse précise du lithium de la cellule, telle que le rapport, la tension, la capacité, la température et d'autres informations complètes. Cet article utilise l'analyseur de gonflement in situ (SWE) pour évaluer quantitativement la fenêtre potentielle de précipitation du lithium à différents rapports, fournissant une nouvelle méthode aux chercheurs pour développer des stratégies de charge rapide à différents rapports.

Figure 1. Analyse des causes et des risques du lithium¹

Informations sur les tests

1.Équipement de test : L'analyseur de gonflement in situ, modèle SWE2100, peut appliquer la plage de pression de 5 ~ 10 000 N, peut contrôler la température de -20℃ ~80℃, comme illustré à la figure 2.

 Figure 2. Schéma de principe de l'analyseur de gonflement in situ

2. Paramètre d'essai

2.1 Les informations sur la cellule sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Informations sur la cellule

2.2 Processus de test : mettre dans la chambre de test de l'analyseur de gonflement in situ de la boîte à haute et basse température, régler la température à 5 ℃, ajuster le taux de charge de la cellule à 0,2 C, 0,5 C, 0,8 C, 1,0 C, 1,5 C, courant de coupure de 0,05 C et courant de décharge de 2 A. Ouvrir l'in-situgonflementanalyseur pour surveiller la cellulegonflementcourbe de changement d'épaisseur (mode pression constante 5 kg) simultanément.

jeInterprétation du résultat

À une température ambiante de 5 ℃, les cellules souples sont remplies de cinq rapports différents, d'une courbe de changement de charge et in situgonflementla courbe de changement d'épaisseur est illustrée à la figure 3. 0,2C, 0,5C, 0,8C, 1,0C, 1,5C l'épaisseur maximale est de 58,7 m, 60,0 m, 62,4 m, 67,4 m, 87,1 m etgonflementle taux est de 1,82 %, 1,86 %, 1,92 %, 2,09 %, 3,75 % respectivement. Par rapport à lagonflementcourbe, les courbes de rapport 1.0C et 1.5C sont significativement différentes des trois autres courbes, en particulier la pente de lagonflementépaisseur à l'état SOC élevé. On soupçonne de manière préliminaire que le rapport 1.0C est légèrement lithium et que le rapport 1.5C est sérieusement lithium.

Figure 3. Courbe de charge et courbe de changement d'épaisseur de différents rapports

Les courbes de capacité différentielle pour différentes températures ont été analysées plus en détail, comme le montre la figure 4. Comme on peut le voir sur la figure, la position maximale de la courbe de capacité différentielle correspondant à 0,2C, 0,5C et 0,8C est synchronisée avec le changement de la épaisseurgonflementtaux, indiquant que le changement d'épaisseur du processus de charge de la cellule est causé par le changement de phase du matériau d'électrode positive et négative. Avec le taux de doublement, le pic de changement de phase se déplace vers la droite, indiquant que la polarisation augmente. La pente de la courbe de capacité de capacité différentielle est évidemment différente des autres. 

Comme le montre la figure 5, il est également évident que l'épaisseur 1.0C et 1.5C xgonflementles courbes commencent à se séparer de l'autre épaisseur trixgonflementcourbes lorsque le SOC est d'environ 15 %. Cela est probablement dû au fait que lorsque le rapport de test augmente, la polarisation de la cellule augmente et il y a une précipitation de lithium sur la surface négative, ce qui entraîne une accélération de l'épaisseur.gonflement. Pour vérifier si la cellule a une analyse au lithium, observez la couleur de surface négative après le démontage, la figure 6. 1.5C taux pleine charge, surface polaire tout gris blanc, 1.0C fois pleine charge, partie de surface polaire gris blanc, indiquant que les deux ont des degrés différents de l'analyse du lithium, et le taux de 0,8C sous le pôle négatif de remplissage est jaune doré, pas de phénomène de lithium, cela est cohérent avec notre conclusion à partir de l'épaisseurgonflementcourbe.

Figure 4. Courbe de variation de la capacité différentielle et de l'épaisseur de charge des cellules

Figure 5. Courbe de gonflement de l'épaisseur des cellules et courbe différentielle

Figure 6. Photo de charge complète et de démontage de la cellule électrique

Pour vérifier davantage l'emplacement de l'analyse du lithium, nous avons mené deux séries d'expériences de charge en cascade de multiplicateurs différentes, respectivement à des temps plus petits avant et après le point d'inflexion de l'épaisseur.gonflementcourbe : un ensemble de cellules à 0,5 C après environ 15,7 % de SOC après 1,0 C à pleine charge, l'autre ensemble de cellules utilisant 0,5 C à environ 27,4 % de SOC après 1,5 C à pleine charge (Figure 7). Après le démontage des cellules respectivement, une légère précipitation de lithium a été trouvée à la surface de l'anode à 27,4 % de SOC, et non jaune doré sans précipitation de lithium dans 15,7 % de SOC. Cela montre que la tache de précipitation de lithium lorsqu'elle est chargée au niveau du multiplicateur 1C se produit entre le S OC et 15,7 % et 27,4 %. Comparé à la figure 5, il est fondamentalement cohérent avec la position S OC correspondante lorsque le 1.0Cgonflementcourbe de pente commence à bifurquer.

Figure 7. Courbe de charge du rapport d'échelle de cellules et image de démontage

Résumer

Cet article utilisant in-situgonflementanalyseur (SWE) pour la cellule du système LCO, à la même température à différents taux degonflementanalyse du comportement, en comparant l'expansion de différents temps de charge taux de changement d'épaisseur, obtenir la cellule du système à une température ambiante de 5 ℃ supérieure à 1,0 C fois la charge à courant constant se produit au lithium, déterminer la fenêtre de précipitation du lithium pour 1,0 C à environ 15% SOC commencer progressivement lithium. Une quantification précise de la tension d'analyse du lithium et de la fenêtre SOC des cellules à différentes vitesses peut guider efficacement les chercheurs dans le développement de stratégies de charge rapide appropriées pour assurer une charge sûre et efficace à différentes vitesses.

Documents de référence

1. Thomas Waldmann, Björn-Ingo Hogg, Margret Wohlfahrt-Mehrens. Li placage comme réaction secondaire indésirable dans les cellules Li-ion commerciales - Une revue. Journal of Power Sources 384 (2018) 107–124.

2. Anna Tomaszewska, Zhengyu Chu, Xuning Feng, et al. Charge rapide de la batterie lithium-ion : Une revue. eTransportation 1 (2019) 100011.