Influence de la mousse tampon sur l'épaisseur de gonflement et la force de gonflement du processus de charge et de décharge des cellules
La batterie lithium-ion est un système de couplage électrique-chaleur-force, qui a des problèmes de gonflement dans le processus d'utilisation réel. D'une part, le film SEI se forme, et la pression d'air à l'intérieur de la batterie augmente, et l'épaisseur du film SEI augmente, provoquant ainsi le gonflement de la cellule ; d'autre part, Li+ est chargé et déchargé L'incorporation et le retrait entre les matériaux d'électrode positive et négative provoqueront une transition de phase structurelle, ce qui conduit au phénomène de gonflement, qui se reflète principalement dans le changement de direction de la feuille d'électrode négative épaisseur.
LegonflementLe comportement d'une batterie lithium-ion est étroitement lié à sa fiabilité et à sa sécurité. Dans le processus de recherche en laboratoire, deux paramètres degonflementforcer etgonflementépaisseur sont généralement utilisés pour évaluer le changement degonflement comportement de la batterie dans le processus de charge et de décharge. Le stress irréversible à l'intérieur de la batterie s'accumule également avec la charge et la décharge. Des études ont montré que Li + pendant la charge et la décharge L'impédance de diffusion augmentera avec l'augmentation de la contrainte irréversible, mais l'augmentation appropriée de la contrainte peut réduire la perte de lithium actif, réduisant ainsi le taux de décroissance de la capacité du cycle cellulaire, la recherche sur les batteries et l'analyse des processus de développement du changement de la performance d'expansion, pour l'assemblage de la pression d'assemblage appropriée a une signification directrice importante.
La figure 1 (a) montre les principes expérimentaux des contraintes externes rapportées et des tests EIS¹ ; (b) Le changement d'impédance sous différentes pressions externes²
De plus en plus d'études ont montré que l'augmentation des substances tampons entre les batteries lors de l'installation d'un ensemble de batterie lithium-ion peut réduire efficacement la force d'expansion de la batterie et améliorer les performances électrochimiques du module. Ce papier choisit une mousse de silicone pour augmenter le changement de la cellulegonflementforcer etgonflementépaisseur avant et après la mousse.
Matériel expérimental et méthodes d'essai
1. Installation expérimentale
1.1 Analyseur de gonflement in situ, modèle SWE2110 (IEST), équipement, apparence comme illustré à la Figure 2.
Figure 2. Schéma d'apparence de l'équipement SWE2110
2. Processus de test
2.1 Les informations sur les cellules sont présentées dans le tableau 1
Tableau 1. Informations sur la cellule de test
2.2Processus de charge et de décharge: 25℃, charge et décharge 2A, cycle de 5 tours.
2.3Épaisseur de cellule SjaillissantTest: Placez la batterie à tester dans le canal correspondant de l'équipement, ouvrez le logiciel MISS, définissez le numéro de cellule correspondant et les paramètres de fréquence d'échantillonnage de chaque canal, et le logiciel lira automatiquement l'épaisseur de la cellule, le changement d'épaisseur, la température de test, le courant , tension, capacité et autres données.
2.4Processus d'essai :5 100 kg de cycles de pression constante pour la même batterie, 100 kg ; 100 kg pour la mousse de 2 mm et 100 kg pour 5 fois. La figure 3 montre le diagramme de la mousse et la situation de test réelle.
Figure 3 (a) Utilisation de mousse pour le test ; (b) Schéma de placement de la mousse pour le test
Analyse des résultats des tests d'épaisseur de gonflement et de force de gonflement
1. Épaisseur de gonflement et changement de force de gonflement pendant la charge et la décharge
Dans l'étude de lagonflementcomportement de la batterie lithium-ion, le changement degonflementépaisseur etgonflementla force dans le processus du mode de pression constante ou du mode d'écart constant est généralement évaluée, où le mode de pression constante surveille le changement de la cellulegonflementépaisseur, et le mode d'écart constant surveille le changement de la cellulegonflementforce. Cet article combine principalement le mode expérimental à pression constante et à écart constant de la série SWE in situgonflementsystème d'analyse, surveillent respectivement le changement de l'épaisseur de gonflement etgonflementforce sous le cycle de charge et de décharge, et clarifier l'influence de la mousse sur legonflementépaisseur etgonflementforce dans le processus de charge et de décharge.
Figure 4 pour une pression constante et un écart constant dans les conditions du processus de charge et de décharge de la moussegonflementépaisseur etgonflementcourbe de changement de force, à partir des résultats de la courbe, des différents modes de test et du processus de chargement et de déchargement de la mousse, legonflementépaisseur etgonflementla tendance de changement de force est la même, présentera la chargegonflementépaisseur ougonflementla force augmente, le phénomène de diminution de la décharge, mais pour un seul mode, si l'absolugonflementépaisseur ougonflementla force est différente.
Figure 4.Sjaillissantépaisseur etgonflementcourbe de changement de force de la mousse dans le processus de charge et de décharge sous pression constante et écart constant
Pour clarifier davantage l'influence de la mousse sur lagonflementcomportement du processus de charge et de décharge, résumer les données degonflementépaisseur etgonflementforce dans les deux modes de test, tels que le tableau 2 résume les données spécifiques de lagonflementépaisseur etgonflementrésultats du test de force à chaque cycle, où l'épaisseur maximale ougonflementle changement de force correspond à la fin de charge de chaque cycle, l'épaisseur minimale ougonflementle changement de force correspond à la fin de décharge de chaque cycle, et le maximum et le minimum de la différence est la quantité correspondante degonflementépaisseur ougonflementchangement de force à chaque cycle.
Les résultats du test de pression constante de 100 kg peuvent être évidents, qu'il s'agisse de mousse, le maximumgonflementépaisseur et la valeur absolue du minimumgonflementl'épaisseur a une différence évidente, cette différence est principalement liée à l'épaisseur de la mousse après le stress, la suivante peut se combiner avec différentes expériences de pression constante et des changements de cellule pour une analyse plus approfondie, mais les deux tests de batterie totalgonflementla différence d'épaisseur n'est pas grande, cela montre si la mousse n'affecte pas le comportement au lithium de la batterie et la structure des électrodes positives et négativesgonflement.
Cependant, legonflementles résultats des tests de force dans le mode de test d'écart constant de 100 kg de force de prétension initiale montrent que, les résultats des tests du maximumgonflementvigueur, le minimumgonflementforce et le total gonflementle changement de force dans l'état de mousse est inférieur à celui de l'état sans mousse, à partir de là, on peut analyser que, dans les mêmes conditions de prétension, par rapport à la batterie avec un contact en matériau en acier inoxydable plus dur, en utilisant le matériau tampon en mousse avec de petits dureté, peut inhiber efficacement lagonflementforce dans la batterie pendant le processus de charge et de décharge, Ceci est conforme aux résultats rapportés, Pour la même batterie dans les mêmes conditions de test, La quantité d'inflation produite peut être considérée comme constante, Batteriegonflementsqueefoam, L'action des forces est mutuelle, Le coton a également une force de réaction sur la batterie, La force de réaction force également la batterie, Pour résister augonflementde la batterie, La mousse avec une petite dureté a une petite force de réaction, Le degré d'extrusion de la batterie est relativement faible, La contrainte interne de la batterie peut être libérée dans une certaine mesure en pressant la mousse, Ainsi, legonflementla force est petite.
Tableau 1 Les résultats des tests de l'épaisseur de gonflement et de la force de gonflement de chaque cycle avec et sans mousse
Il est rapporté que la pression mécanique appropriée à la batterie peut raccourcir efficacement le chemin de migration Li +, réduire la perte de Li + pour améliorer la durée de vie de la batterie, mais la réduction de l'espacement des couches de matériau négatif, la force de van der Waals entre couche, augmentant ainsi la résistance de Li + out, réduction de capacité, ultérieure peut être combinée avec le même matériau en mousse taille de force de prétension différente et test de cycle long à partir d'une analyse de mécanisme plus approfondie.
2. Comparaison de la courbe de capacité différentielle et de SjaillissantÉpaisseur et SjaillissantCourbe de force
La figure 5 montre la courbe de capacité différentielle charge-décharge,gonflementépaisseur et épaisseur, et courbe de changement de force de la cellule, où (a) et (b) sont en mode de pression constante, schéma de principe degonflementchangements d'épaisseur et courbes de capacité différentielle de charge-décharge, En (c) et (d) en mode d'écart constant, Schéma de principe degonflementchangement de force et courbe de capacité différentielle charge-décharge, comme on peut le voir sur la figure, pour cette batterie système LCO, le point d'inflexion de lagonflementl'épaisseur ou lagonflementn le changement de force pendant la charge peut correspondre au pic de changement de phase de l'enrobage au lithium des électrodes positive et négative, il est en outre précisé que legonflementL'effet de la batterie dans le processus de charge et de décharge est principalement lié au changement de phase structurel causé par l'enrobage des électrodes positives et négatives et le processus au lithium. Dans des conditions de cycle à court terme, qu'il y ait de la mousse et un mode de mesure différent à écart constant de pression constante, les deux conditions variables sur le pic de la courbe de capacité différentielle et la capacité de la cellule sont peu affectées, mais si l'on considère les conditions de cycle à long terme, peut avoir une plus grande influence sur l'atténuation de la capacité de la cellule, les résultats ultérieurs peuvent être combinés avec des résultats de test spécifiques pour une analyse plus approfondie.
Chiffre. 5 Courbe de capacité différentielle,gonflementcourbe d'épaisseur etgonflementcourbe de changement de force sous condition de mousse
Résumer
L'analyseur de gonflement in situ (SWE) est utilisé pour analyser lagonflementépaisseur etgonflementforce du système LCO sans mousse, il a été constaté que pendant le processus de charge et de décharge, la tendance degonflementépaisseur etgonflementla force est la même, elle est principalement liée au changement de phase structurel dans le processus de charge et de décharge ; Les résultats de la comparaison avec et sans mousse ont montré que, La différence entre legonflementl'épaisseur et lagonflementforce, Ceci est principalement dû à l'effet de la dureté de la mousse tampon surgonflement, En utilisant cette expérience comme exemple, les chercheurs et développeurs de batteries au lithium peuvent combiner le système de test pour différents matériaux et le criblage de mousse tampon de courbe de contrainte et de déformation, cela fournit une nouvelle idée pour l'évaluation de la force de prétension du module cellulaire.
Matériel de référence
1.SAUERTEIG D, HANSELMANN N, ARZBERGER A, et al. Modélisation couplée électrochimique-mécanique et paramétrisation du gonflement et du transport ionique dans les batteries lithium-ion. J. Power Sources, 2018, 378 : 235-247.
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