Analyse in situ de la production de gaz de la surcharge des cellules - Additifs électrolytiques
La production de gaz dans les cellules lithium-ion est une cause importante d'incendie et d'explosion des cellules. La sélection et l'adaptation raisonnables des quatre principaux matériaux (matériau cathodique, matériau d'électrode négative, électrolyte, séparateur) affecteront également les performances de sécurité de la cellule. La figure 1 est le comportement de production de gaz de différents électrolytes 1. Sous différents potentiels, les cellules auront différents degrés de réaction de production de gaz. L'électrolyte est un canal important pour la transmission des ions lithium, et son activité électrochimique joue un rôle clé dans la dynamique et les propriétés thermodynamiques de la cellule. Pendant le processus de surcharge de la cellule, les additifs dans l'électrolyte sont susceptibles de subir une réaction d'oxydation, et une certaine quantité de gaz est générée pour faire gonfler la cellule2-4. Dans cet article, un analyseur de volume de gazage in situ (GVM) a été utilisé pour effectuer un test de volume de surcharge in situ sur des cellules NCM523/graphite (capacité théorique 1000 mAh) avec différents types et contenus d'additifs, et analyser le comportement de production de gaz des cellules. .
Figure 1. Le comportement de production de gaz de différents électrolytes1
Matériel expérimental et méthodes d'essai
1.Équipement expérimental : modèle GVM2200(IEST)，plage de température de test 20 ~ 85℃，prise en charge du test synchrone à double canal (2 cellules)，l'apparence de l'équipement est illustrée à la figure 2.
Figure 2. L'apparence du GVM2200
2. Paramètres de test : 25℃ 1C CC à 5V.
3. Méthode de test : pesez initialement la cellule m0, placez la cellule à tester dans le canal correspondant de l'appareil, ouvrez le logiciel MISG, définissez le numéro de cellule et les paramètres de fréquence d'échantillonnage correspondant à chaque canal, le logiciel lit automatiquement le changement de volume. , température de test, courant, tension, capacité et autres données.
Analyse de la production de gaz de la surcharge des cellules in situ
1. Courbe de charge-décharge et analyse de la courbe de changement de volume
La courbe de changement de volume et la courbe de tension de la cellule sont illustrées à la figure 3 (a) (b) ， Le contenu des deux types d'additifs A et B: 0%, 1%, 2%, 3%, 5%. On peut voir sur la courbe qu'avec l'augmentation de la teneur en additif, les changements de volume des deux groupes de cellules augmentent, indiquant que la réaction de production de gaz de l'additif provoque le gonflement de la cellule. Lorsque la teneur en additifs atteint 5%, on peut voir sur la courbe de tension qu'il est difficile pour la tension de la cellule d'atteindre la limite supérieure de 5V, cela peut être dû au fait que la cellule produit plus de gaz, ce qui conduit à la détérioration du contact d'interface entre les électrodes et à la plus grande polarisation de la cellule.
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Figure 3.(a) La charge et la décharge et la courbe de changement de volume dans différentes teneurs de l'additif A ; (b) La charge et la décharge et la courbe de changement de volume dans différentes teneurs de l'additif B.
2. Analyse de la capacité de production de gaz et de la tension d'inflexion des cellules
La capacité de charge de la cellule et les informations de tension du point d'inflexion de la courbe de production de gaz avec différents types et teneurs d'additifs sont indiquées dans le tableau 1 et la figure 4. Avec l'augmentation de la teneur en additif, la production totale de gaz des cellules correspondant à la A et les types d'additifs B augmentent progressivement, et la production de gaz correspondant à A est légèrement supérieure à celle de B. La tension de début de production de gaz diminue progressivement avec l'augmentation de la teneur en additif, et la tension correspondant à A est inférieure à celle de B. Cela montre que le potentiel de production de gaz de A est antérieur à celui de B, indique si A est utilisé comme additif de protection anti-surcharge, la surcharge peut être déterminée plus tôt et les mesures de protection de sécurité correspondantes peuvent être prises à temps.
Tableau 1.Capacité de charge des cellules et informations relatives à la production de gaz correspondant aux différents types et contenus d'additifs
Figure 4.Volume de production de gaz et courbe de tension d'inflexion avec différentes teneurs en additif
Résumé
Dans cet article, un analyseur de volume de gazage in situ à double canal et à température contrôlée est utilisé pour comparer le comportement de production de gaz de surcharge des cellules lithium-ion avec deux types et contenus d'additifs différents. On peut constater que l'additif A a un potentiel de réaction inférieur à l'additif B, la production totale de gaz est légèrement plus importante, ce qui peut être mieux utilisé comme additif de protection anti-surcharge.
Rréférences
1. Kazuma Kumai, Hajime Miyashiro. Mécanisme de génération de gaz dû à la décomposition de l'électrolyte dans une cellule lithium-ion commerciale. Journal des sources d'énergie. 81–82(1999):715–719.
2. Christoph R. Birkl, Matthew R. Roberts, Euan McTurk, Peter G. Bruce, David A. Howey. Diagnostic de dégradation des cellules lithium-ion.Journal des sources d'énergie341 (2017): 373-386.
3. CP Aiken, JR Dahn et al. Un appareil pour l'étude de l'évolution des gaz in situ dans les cellules de poche Li-Ion.J. Electro Soc, 161(2014) A1548-A1554.
4. Randolph A. Leising. Test d'abus des batteries lithium-ion - Caractérisation de la réaction de surcharge des cellules LiCoO2ÕGraphite. Journal de la société électrochimique, 148(8):A838-A844 (2001).