By hoppt
U rendiment di e batterie di lithium-ion hè assai affettatu da e so caratteristiche cinetiche. Perchè Li + deve esse desolvated prima quandu hè incrustatu in u materiale di grafite, ci vole à cunsumà una certa quantità di energia è impedisce a diffusione di Li + in u grafite. À u cuntrariu, quandu Li + hè liberatu da u materiale di grafite in a suluzione, u prucessu di solvation hè accadutu prima, è u prucessu di solvation ùn hà micca bisognu di cunsumu d'energia. Li + pò sguassà rapidamente u grafite, chì porta à una accettazione di carica significativamente più povera di u materiale di grafite. In l'accettabilità di scaricamentu.
À basse temperature, e caratteristiche cinetiche di l'elettrodu di grafite negativu anu migliuratu è diventanu peggiu. Dunque, a polarizazione elettrochimica di l'elettrodu negativu hè significativamente intensificata durante u prucessu di carica, chì pò facilmente guidà à a precipitazione di lithium metallicu nantu à a superficia di l'elettrodu negativu. A ricerca di Christian von Lüders di l'Università Tecnica di Munich, Germania, hà dimustratu chì à -2 ° C, a tarifa di carica supera C / 2, è a quantità di precipitazione di lithium metallicu hè significativamente aumentata. Per esempiu, à a tarifa C / 2, a quantità di lithium plating nantu à a superficia di l'elettrodu oppostu hè di circa a carica sana. 5.5% di a capacità, ma ghjunghje à u 9% sottu un ingrandimentu 1C. U lithium metallicu precipitatu pò sviluppà più è eventualmente diventenu dendrites di lithium, piercing through the diafragma and causen short-circuiting di l'elettrodi pusitivi è negativi. Per quessa, hè necessariu di evitari di carricà a bateria di lithium-ion à bassu temperature quantu pussibule. Quandu deve carricà a bateria à una temperatura bassa, hè essenziale per selezziunà un picculu currente per carricà a bateria di lithium-ion quant'è pussibule è almacenà cumplettamente a batteria di lithium-ion dopu a carica per assicurà U lithium metallicu precipitatu da l'elettrodu negativu. pò reagisce cù grafite è re-incrustate in l'elettrodu di grafite negativu.
Veronika Zinth è altri di l'Università Tecnica di Munich anu utilizatu diffrazione di neutroni è altri metudi per studià u cumpurtamentu di l'evoluzione di lithium di batterie di lithium-ion à una bassa temperatura di -20 ° C. A diffrazione di neutroni hè statu un novu metudu di rilevazione in l'ultimi anni. Comparatu cù XRD, a diffrazione di neutroni hè più sensibile à l'elementi di luce (Li, O, N, etc.), cusì hè assai adattatu per a prova non distruttiva di batterie di lithium-ion.
In l'esperimentu, VeronikaZinth hà utilizatu a bateria NMC111 / graphite 18650 per studià u cumpurtamentu di l'evoluzione di lithium-ion à bassa temperatura. A bateria hè caricata è scaricata durante a prova secondu u prucessu mostratu in a figura sottu.
A figura seguente mostra u cambiamentu di fase di l'elettrodu negativu sottu à diversi SoC durante u secondu ciculu di carica à a tarifa C / 30. Pò esse chì à 30.9% SoC, i fasi di l'elettrodu negativu sò principalmente LiC12, Li1-XC18, è una piccula quantità di LiC6 Composizione; dopu chì u SoC supera u 46%, l'intensità di diffrazione di LiC12 cuntinueghja à diminuisce, mentri a putenza di LiC6 cuntinueghja à cresce. In ogni casu, ancu dopu chì a carica finali hè cumpletata, postu chì solu 1503mAh hè carricu à bassa temperatura (a capacità hè 1950mAh à a temperatura di l'ambienti), LiC12 esiste in l'elettrodu negativu. Suppone chì a corrente di carica hè ridutta à C/100. In questu casu, a bateria pò ancu ottene una capacità di 1950mAh à bassa temperatura, chì indica chì a diminuzione di a putenza di e batterie di lithium-ion à bassu temperatura hè principalmente per u deterioramentu di e cundizioni cinetiche.
A figura sottu mostra u cambiamentu di fase di grafite in l'elettrodu negativu durante a carica secondu a tarifa C/5 à una temperatura bassa di -20 ° C. Pò vede chì u cambiamentu di fase di u grafitu hè significativamente sfarente cumparatu cù a tarifa C/30. Pò esse vistu da a figura chì quandu SoC> 40%, a forza di fase di a batteria LiC12 sottu a tarifa di carica C/5 diminuisce significativamente più lenta, è l'aumentu di a forza di fase LiC6 hè ancu considerablemente più debule di quella di u C/30. tariffa di carica. Mostra chì à un ritmu relativamente altu di C/5, menu LiC12 cuntinueghja à intercalate lithium è hè cunvertitu in LiC6.
A figura sottu paraguna i cambiamenti di fase di l'elettrodu di grafite negativu quandu si carica à i tassi C/30 è C/5, rispettivamente. A figura mostra chì per dui tassi di carica differenti, a fase Li1-XC18 povera di litiu hè assai simili. A diferenza hè principalmente riflessa in e duie fasi di LiC12 è LiC6. Pò esse vistu da a figura chì a tendenza di u cambiamentu di fasa in l'elettrodu negativu hè relativamente vicinu à a fase iniziale di carica sottu à i dui tassi di carica. Per a fase LiC12, quandu a capacità di carica righjunghji 950mAh (49% SoC), a tendenza cambiante cumencia à apparirà diversa. Quandu si tratta di 1100mAh (56.4% SoC), a fase LiC12 sottu i dui ingrandimenti principia à mustrà un gap significativu. Quandu a carica à una tarifa bassa di C / 30, a diminuzione di u stadiu LiC12 hè assai veloce, ma a goccia di a fase LiC12 à a tarifa C / 5 hè assai più lenta; vale à dì, e cundizioni cinetiche di l'inserimentu di lithium in l'elettrodu negativu deteriorate à bassu temperature. , So chì LiC12 in più intercalate lithium per generà a velocità di fase LiC6 diminuite. In currispundenza, a fase LiC6 aumenta assai rapidamente à un ritmu bassu di C/30 ma hè assai più lento à un ritmu di C/5. Questu mostra chì à a tarifa C / 5, più petite Li hè incrustatu in a struttura di cristallu di grafite, ma ciò chì hè interessante hè chì a capacità di carica di a bateria (1520.5mAh) à a tarifa di carica C / 5 hè più altu ch'è à a C. / 30 tariffa di carica. U putere (1503.5mAh) hè più altu. U Li extra chì ùn hè micca incrustatu in l'elettrodu di grafite negativu hè prubabilmente precipitatu nantu à a superficia di grafite in forma di lithium metallicu. U prucessu standing dopu à a fine di a carica prova ancu questu da u latu - un pocu.
A figura seguente mostra a struttura di fase di l'elettrodu di grafite negativu dopu a carica è dopu esse lasciatu per 20 ore. À a fine di a carica, a fase di l'elettrodu di grafitu negativu hè assai sfarente sottu à e duie tassi di carica. À C / 5, u rapportu di LiC12 in l'anodu di grafite hè più altu, è u percentualità di LiC6 hè più bassu, ma dopu à stà per 20 ore, a diffarenza trà i dui hè diventata minima.
A figura sottu mostra u cambiamentu di fase di l'elettrodu di grafite negativu durante u prucessu di almacenamento di 20 ore. Puderà vede da a figura chì, ancu s'è e fasi di i dui elettrodi opposti sò sempre assai diffirenti à u principiu, cum'è u tempu d'almacenamiento aumenta, i dui tipi di carica U stadiu di l'anodu di grafite sottu à l'ingrandimentu hà cambiatu assai vicinu. LiC12 pò cuntinuà à esse cunvertisce in LiC6 durante u prucessu di scaffalatura, chì indica chì Li continuerà à esse incrustatu in u grafite durante u prucessu di scaffalatura. Sta parte di Li hè prubabile di lithium metallicu precipitatu a superficia di l'elettrodu di grafite negativu à bassa temperatura. Ulteriore analisi hà dimustratu chì à a fine di a carica à a tarifa C / 30, u gradu di intercalazione di lithium di l'elettrodu di grafite negativu era 68%. Eppuru, u gradu di intercalazione di lithium hà aumentatu à u 71% dopu a scaffalatura, un incrementu di 3%. À a fine di a carica à a tarifa C / 5, u gradu di inserimentu di lithium di l'elettrodu di grafite negativu era di 58%, ma dopu esse lasciatu per 20 ore, hè aumentatu à 70%, un aumentu tutale di 12%.
A ricerca sopra mostra chì quandu si carica à bassu temperatura, a capacità di a bateria diminuisce per via di a deteriorazione di e cundizioni cinetiche. Precipiterà ancu u metallu di lithium nantu à a superficia di l'elettrodu negativu per via di a diminuzione di a rata di inserimentu di lithium di grafite. Tuttavia, dopu à un periudu di almacenamiento, Sta parte di lithium metallicu pò esse incrustati in u grafite di novu; in usu reale, u tempu di scaffali hè spessu cortu, è ùn ci hè micca guaranzia chì tutti i lithium metallicu pò esse incrustati in u grafite di novu, cusì pò causari qualchi lithium metallicu à cuntinuà à esiste in l 'elettrodu negativu. A superficia di a bateria di lithium-ion affetterà a capacità di a batteria di lithium-ion è pò pruduce dendrite di lithium chì mette in periculu a sicurità di a batteria di lithium-ion. Dunque, pruvate d'evità di carricà a bateria di lithium-ion à bassa temperatura. Bassu currente, è dopu a stallazione, assicuratevi abbastanza tempu per eliminà u lithium metallicu in l'elettrodu di grafite negativu.
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1. Capacità di valuta di i materiali di grafite cum'è elettrodi negativi in condensatori di lithium-ion, Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo
2.Placcatura di lithium in batterie di lithium-ion investigata da rilassamentu di tensione è diffrazione di neutroni in situ, Journal of Power Sources 342 (2017) 17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen
3.Placcatura di lithium in batterie di lithium-ion à temperature sub-ambienti investigate da diffrazione di neutroni in situ, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles
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