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械愧现!18650电池钢芯晋升电池低温轮回功用
发布时间:2019-09-03 16:21:07
要害词:动力电池锂电池

械愧现!18650电池钢芯晋升电池低温轮回功用


锂离子电池功用受到温度影响很大,高温会加剧正负极界面的副反响,惹起锂离子电池加速衰降,低温则会导致锂离子电池动力学条件变差,从而惹起电池功用下降,特别是低温充电时可以会导致负极析出金属Li,导致电池库伦服从低下,告急的状况下以致会惹起正负极短道,惹起平安事故。


18650电池是目前运用十分广泛的一种锂离子电池构造,差别厂家推出的18650电池构造上一般大同小异,可是有一点,差别的厂家却有着分明的区别,这便是电芯中心的钢芯,部分厂家会运用钢芯,可是另少许厂家却不运用钢芯。一般到场钢芯是为了支撑电芯,避免电芯轮回进程中爆发塌陷,影响电池功用,少许研讨显示18650电池爆发烧失控时,钢芯可以避免电芯坍塌有利于气体排出,从而避免电池内压力积聚导致电池爆炸。即日美国海军实行的Rachel Carter(第一作家)和CoreyT. Love(通信作家)研讨发明,18650电池钢芯关于晋升锂离子电池的低温功用也有主动的感化。


实行中采用的18650电池一种有钢芯,一种没有钢芯,此中有钢芯的电池正极体系为NMC532与LCO混淆,负极为石墨,而没有钢芯的电池正极采用的NMC532材料,负极为石墨,两种电池的容量都为2.6Ah,两种电池的构造如下图所示。



下图为两种18650电池的轮回(0.5C倍率)功用弧线,从下图a中我们可以看到两种电池常温下都外现出了十分好的轮回功用,没有钢芯的电池轮回90次后容量衰降5%,而有钢芯的电池衰降为3%,可是假如我们将电池轮回的温度掌握0℃,则两种电池呈现了分明的差异,没有钢芯的电池轮回90次后容量衰降超越35%,而具有钢芯的电池容量衰降仅为7%尊驾。


从下图b和c两种电池轮回进程中的库伦服从改造可以看到,没有钢芯的电池轮回进程中电池的库伦服从分明分为三个阶段(下图b),第一阶段为0-40次,库伦服从比较稳定,可是到了第二阶段(40-80次),电池的库伦服从开端呈现线性衰降,轮回80次落伍入到第三阶段,电池的库伦服从呈现出非线性衰降。相反的,有钢芯的电池通通轮回中电池的库伦服从稳定的保持99.95%,没有呈现分明的衰降。


Yang等人的研讨发明负极析锂往往是与疾速的容量衰降和库伦服从低沉是同时爆发的,于是从上面的测试结果来看,没有钢芯的18650电池第三阶段可以是呈现了分明的负极析锂,第二阶段可以是呈现了细微的负极析锂。



下图a为没有钢芯的电池常温和0℃下的充放电弧线的改造,此中虚线为常温下电池轮回进程中的电池充放电弧线改造,从图中可以看到这些弧线轮回进程中没有爆发分明的改造,外明电池常温轮回中电池衰降很少。实线为电池0℃下轮回进程中的电压弧线改造,从图中可以看到前40次轮回中电芯基本上没有爆发分明的衰降,随后电池容量衰降开端分明加速,而且电池的极化也分明添加。


为了进一步剖析没有钢芯的电池低温轮回中的衰降机理,作家采用充放电数据绘制了电池差别轮回周期的容量差分弧线,此中每一个峰都代外一个反响,从图中可以看到前40次轮回中电池的反响特征峰没有呈现分明的改动。轮回到40-80次的进程中,我们可以看到反响特征峰的强度开端呈现分明的低沉,而且反响峰的位置也开端呈现细微的偏移,外明此时开端呈现活性物质的耗损。80次轮回后,电池的反响特征峰的强度继续低沉,而且反响峰也开端呈现分明的偏移,外明此时电池开端同时呈现活性物质的耗损和活性Li的耗损。


下图c为电池放电时电池的极化电压改造,从图中可以看到轮回的初期,电池因为温度较低,于是电池的极化比常温下添加了0.02V,可是第二阶段里电池的极化分明添加,外明此时因为电芯的塌陷,导致部分活性物质耗损,而第三阶段里因为同时保管活性物质的耗损和活性Li的耗损,于是我们可以看到电池的极化进一步添加。


于是从上面的剖析不难看出,没有钢芯的电池低温轮回平分为分明的三个进程,此中第一个进程中,因为低温的感化使得电池的极化分明添加,第二个进程电芯向中心的圆孔处爆发塌陷变形,惹起正负极活性物质的耗损;第三个进程,负极开端大宗析锂,并随同活性物质的耗损。



下图为作家对没有钢芯的18650电池的CT扫描图像,从图中可以看到轮回之前电芯容貌规矩,可是颠末0℃轮回后电芯向中心的圆孔爆发了塌陷,通过对塌陷处的高区分率剖析可以发明该处正极爆发了分明的剥落,负极也遭受了告急的摧毁,这与我们前面的剖析结果基本同等。一般我们认为负极析出金属锂会导致负极变形或活性物质剥落,而正极耗损Li元素后也会导致板滞功用下降,更容易爆发颗粒破裂和电极剥落。



下图A为有钢芯的18650电池常温和低温轮回进程中电池电压弧线改造,可以看到无论是常温,照旧低温下电池的容量衰降都比较小,也没有呈现分明的阻抗添加。通过电压差分弧线也可以看到,通通低温轮回的进程中该电池的反响特征峰没有呈现分明的改造,而电压极化方面我们看到除了因为低温导致电池电压极化了0.06V除外,轮回进程电池的电压极化确实没有添加,外明具有钢芯的18650电池低温下具有十分稳定的轮回功用。



我们通过CT扫描对有钢芯构造的18650电池低温轮回前后的构造稳定性举行了剖析,我们发明具有钢芯构造的18650电池颠末0℃低温轮回后电芯并没有向内爆发告急的塌陷,电芯的构造保持了齐备。



Rachel Carter等人的研讨外明,18650电池内部的钢芯结贡ボ够对电芯的起到很好的支橙喻用,避免电芯变形塌陷,特别是电池低温轮回时,因为负极析锂等启事电芯内部积聚必定的应变,使得电池更容易爆发构造变形,而钢芯的保管遏止了这种变形,从而淘汰因为电芯变形导致的活性物质耗损,抵达晋升18650电池低温功用的目标。



稿件根源: 新能源Leader
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