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高镍/硅碳18650锂离子电池存储衰降机理剖析
发布时间:2019-08-09 15:28:51
要害词:动力电池 锂电池

高镍/硅碳18650锂离子电池存储衰降机理剖析


跟着锂离子电池能量密度的不时晋升,高镍正极立室硅碳负极曾经成为下一代高能量密度锂离子电池的标准配备,可是高镍材料材料对电解液的氧化性分明添加,而硅碳负极体积改造的分明增大,也变成负极界面的稳定性低沉,于是比较于古板的三元/石墨体系,高镍/硅碳体系锂离子电池轮回寿命衰降和存储寿命衰降等方面有其本身的特性。


针对高镍/硅碳体系的研讨大都汇合其轮回衰降机理上,对其存储衰降研讨的比较照较少,即日德国慕尼黑工业的大学的I. Zilberman(第一作家,通信作家)和J. Sturm等人对高镍/硅碳体系的18650电池恒久存储进程的容量衰降机理和自放电特征举行了研讨剖析,研讨外明关于高镍/硅碳体系锂离子电池存储进程汇总的容量衰降主要来自于负极的活性物质耗损。


实行中作家运用的是来自LG化学的INR18650-MJ1电池,电池容量3.5Ah,能量密度为259.6Wh/kg,正极材料为高镍NCM,负极为Si/石墨复合,然后电池区分被充电至差别的SoC举方法期11个月的存储实行。



下图a为差别SoC存储的电池存储11个月后电池的容量衰降,从图中我们可以看到锂离子电池存储进程中的容量衰降与电池的SoC呈现的分明的相关性,假如我们将容量衰降与SoC之间的联系弧线(下图a)与负极电压与SoC之间的联系弧线(下图c)比照就可以发明两者样式呈现出惊人的相似性,这外明存储进程中负极的电位与锂离子电池的存储容量衰降之间保管亲密的相关性。


锂离子电池存储进程中因为界面副反响的保管,也会导致锂离子电池内阻的升高,从下图b我们可以看到SoC低于58%时,电池内阻添加了4%,当电池SoC高于58%时电池内阻添加分明添加,最高添加了6%。



为了剖析差别SoC形态下存储锂离子电池衰降的启事,作家采用了电压差分弧线的方法对锂离子电池举行了剖析,电压差分弧线是剖析锂离子电池内部反响机理的有用手腕,我们从下图b中的负极电压差分弧线中可以看到石墨的主峰2.17Ah附近,此处负极爆发了LiC12到LiC6的相变,同时我们可以看到因为负极到场部分的Si元素,于是我们0%-15%SoC之间观察到了Si变成的特征峰,依据这些特征峰的位置作家下图c中标示出了Si因素的容量和石墨因素的容量。



依据上面的方法,作家采用电压差分弧线的方法分别了负极中的Si材料容量耗损和石墨材料容量耗损(如下图a所示),我们从下图a中可以看到存储过车篮极的容量继续低沉,因为该电池的负极确实没有冗余,于是我们看到负极的容量耗损确实与全电池的容量耗损相同,外明高镍/硅碳锂离子电池的存储容量耗损重假如来自于负极的活性物质耗损。


通过电压差分弧线我们不光可以判别负极的活性物质耗损,我们槐ボ够对负极中Si容量耗损和石墨容量耗损举行区分,从下图我们可以看到石墨材料的容量仅爆发了细微的下降,而Si材料的容量下降要分明的高于石墨材料,这外明负极存储进程中爆发的活性物质耗损重假如来自于Si材料。


而从下图b展现的正极电压差分弧线可以到,正极的容量盘绕着1举行无法则的摆荡,这也外明该电池存储的进程中正极确实没有爆发活性物质的耗损。



为了外征差别SoC形态下锂离子电池的自放电速率,作家这里引入了自放电电流的看法,可以采用下式举行盘算,式中第一项为容量与电压之间的联系弧线的斜率,第二项为存储进程中电压随时间改造弧线的斜率,两者相乘就可以取得锂离子电池的自放电电流。



下图为作家测取得锂离子电池存储的进程中电压随时间改造弧线的斜率,以及差别SoC形态下电池容量随电压改造的弧线的斜率。有了这两个数据我们就可以依据上式盘算锂离子电池差别的SoC形态下存储的自放电电流。



下图a为作家盘算取得了锂离子电池差别SoC、差别温度下的自放电电流,从图中我们可以当心到电池的自放电电流与温度之间保管亲密的联系,比如同样90%SoC形态下,55℃时电池的自放电电流抵达135uA,可是25℃下自放电电流仅为2-4.5uA,相当于每个月耗损0.04%-0.1%的容量,这一现象外明存储进程中的自放电更众是源于界面的少许副反响,而不是我们一般认为的软短道。下图c是作家依据自放电电流盘算取得的容量衰降和实行测得的容量衰降数据,从图中可以看到较低的SoC下,自放电电流的结果偏高,而极高的SoC下自放电电流方法取得的结果偏低。



I. Zilberman的研讨外明关于高镍/硅碳体系电池而言,存储进程中的容量耗损主要来自于负极的活性物质耗损,而活性Li的耗损仅占到了锂离子电池容量耗损的一小部分。锂离子存储进程中的自放电电流大大都来自于界面的副反响,而不是来自于软短道。



稿件根源: 新能源Leader
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