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阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响
发布时间:2019-08-08 09:35:56

阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响


近年来跟着锂离子电池能量密度的继续进步,容量更高的硅碳材料渐渐交换了古板的石墨材料,可是硅碳材料充放电进程中庞大的体积膨胀,对锂离子电池的轮回功用、平安功用都提出了新的挑衅,于是高比能锂离子电池的平安计划中要充沛思索硅碳材料的特征,以包管电池的平安性。


即日,美国阿贡国家实行室的IraBloom(第一作家,通信作家)和Jianlin Li(通信作家)等人关于过充对Si/石墨复合负极的影响举行了研讨。


实行中作家采用了1.2Ah的软包电池,此中正极为NCM523,负极为含有15%Si的Si/石墨复合负极(电池基本新闻如下外所示),然后区分将其充电至100%、120%、140%、160%、180%和250%SoC,然后剖析差别程度的过充关于负极发生的影响。


阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响


下图为差别程度过充后电池负极的形态(放电到3.0V),从图中可以看到锂离子电池过充到失效之前负极的外面形态基本上没有爆发大的改动,可是一朝过充导致电池爆发失效(过充至250%SoC),不光负极外面的颜色爆发了分明的改造,隔膜的颜色会爆发改造。


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尽管宏观上电极外面形态没有分明的改动,可是因为过充进程中会激起更众的界面副反响,于是对其微观构造会发生必定的影响。下图为过充至120%、160%、180%和250%SoC后负极的SEM图,从图中可以看到跟着过充程度的添加,负极外面容貌也会随之改动。过充到160%时,我们可以负极外面观察到由聚会一同的枝晶构成的白点。当过充到180%SoC时,我们可以发明负极的容貌爆发了进一步的改动,负极的外面孕育了大宗的枝晶和电解液的剖析产物,而且剖解的进程中隔膜还将电极外面的剖析产物沾下一部分。假如进一步将电池过充到250%SoC则我们可以观察到负极外面爆发了更为分明的改造,负极外面呈现了黑色的雀斑区域,颠末放大剖析可以看到该区域应当是电解液大宗剖析发生的SEI膜,而其附近的区域则被大宗的锂枝晶所掩盖。


阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响


实行中作家采用的电池的正负极冗余为1.1,于是当过充超越110%SoC后,负极就无法接纳过量的Li,于是众余的Li就会以Li枝晶的方式负极外面析出,而金属Li的高反响活性会导致电解液其外面爆发剖析,变成新的SEI膜层。为了剖析差别程度过充关于电解液剖析的影响,作家采用XPS东西关于负极外面的SEI膜举行了研讨剖析(如下图所示),剖析结果如下外所示,从结果来看跟着电池过充程度的添加,负极外面的F元素和Li元素不时添加,而C元素不时低沉,这外明过充进程中变成的SEI中含有更众的LiF因素。


阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响

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作家又采用高效液相色谱的方法剖析了负极外面的因素举行了剖析,通过对剖析结果举行拟合发明过充后负极外面呈现了四种因素(如下外所示),此中通通的负极上都发清楚两种因素(A和B),可是只要160%SoC的负极外面发清楚通通的四种因素,此中A和B可以的分仔¢成如下外5所示,而C和D两种物质因为无法取得独一的结果,于是无法明晰精细的因素。


阿贡国家实行室:过充对硅碳负极的影响

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从Ira Bloom的剖析结果来看Si/石墨复合负极过充中的改造与纯石墨负极十分相似,过充后负极外面都呈现了Li枝晶和电解液的剖析产物,而且跟着过充程度的添加,负极外面变成了LiF含量较高的SEI膜。可是两者之间也保管差别,纯石墨负极中过充时负极外面SEI膜的因素为含有烃基侧链的聚磷酸盐因素,可是Si/石墨复合负极中因为Si的到场,反响途径爆发改造,于是SEI膜中发生了聚醚类和不饱和烷烃和烃类化合物等。


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稿件根源: 新能源Leader
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