O desempenho da bateria de iões de lítio é muito afetado por condições de temperatura externa. Em condições de baixa temperatura, a cinética de difusão de Li + se deteriora, o que leva à diminuição do desempenho. Por exemplo, a capacidade de descarga da bateria de 1C / grafite em NMC / grafite 18650 diminui em 20% a -10 ℃, A capacidade de descarga de 1C diminui em 30% a -20 ° C. O efeito de baixa temperatura no desempenho da bateria de iões de lítio é refletido principalmente na taxa de difusão de Li +, por exemplo, a velocidade de difusão de Li + é lenta a baixa temperatura e pode não estar completa se a corrente de carga for muito grande Embebido no eletrodo negativo, que se formou na sua superfície de chapeamento de lítio, resultando em declínio rápido na capacidade da bateria de íons de lítio e problemas de segurança, o mesmo desempenho da taxa de descarga de bateria de íon de lítio de baixa temperatura será muito afetado.
Para melhorar o desempenho da bateria Li-ion, suas propriedades cinéticas em diferentes temperaturas precisam ser estudadas em profundidade. No passado, o confinamento das condições de pesquisa restringiu a reação em tempo real da bateria de iões de lítio Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia de detecção in situ, especialmente a tecnologia de difracção de nêutrons in situ mais sensível para Li, fornecemos uma ferramenta muito poderosa para estudar o mecanismo de reação interna das baterias de iões de lítio.
Recentemente, VeronikaZinth, Christian von Lüders e outros na Universidade de Tecnologia de Munique na Alemanha estudaram a transformação de fase de grafite não homogênea em eletrodo negativo de baterias de íons de lítio por difração de nêutrons in situ, revelando diferentes taxas de descarga e Temperatura ambiente na temperatura de impacto negativo de grafite em objetos.
Na experiência, VeronikaZinth usou bateria comercial NMC / grafite 18650 como objeto de pesquisa, a capacidade da bateria é de cerca de 1950mAh / g a 25 ℃. A figura inferior a mostra a mudança da fase polar polar na descarga da taxa C / 2 à temperatura ambiente. Do padrão de difracção de nêutrons Como pode ser visto, a fase principal do eletrodo negativo de grafite é LiC6, e uma pequena quantidade de LiC12, quando a bateria está totalmente carregada, a proporção de inserção de lítio para grafite é de 91%. Durante a descarga, com o prolapso de Li, A proporção de LiC6 diminuiu gradualmente e a proporção de LiC12 aumentou gradualmente. Quando a profundidade de descarga atingiu cerca de 40%, o pico de difracção de LiC12 gradualmente se moveu em direção a direção menor, e as outras duas fases com menor conteúdo de Li apareceram. Li1-XC18 E Li1-XC54. O gráfico inferior b mostra a mudança de fase negativa quando a taxa de descarga é 1C. Como pode ser visto a partir do gráfico b, o teor de Li no eletrodo negativo é relativamente alto devido à menor capacidade de descarga da célula inferior. Portanto, a difracção de LiC12 O pico não muda muito para a esquerda a partir dos dados acima podem ser vistos, sob diferentes taxas de C / 2 e 1C totalmente descarregadas, o ânodo de grafite apareceu uma variedade de fenômeno de fase mista.
O gráfico abaixo mostra a mudança de fase do eletrodo negativo de grafite durante todo o processo de descarga. Como pode ser visto a partir do gráfico, durante o processo de descarga, a concentração de LiC6 diminui gradualmente para LiC12 e, em seguida, começam outras fases de Li mais baixas A partir da figura, também percebemos a taxa de descarga na fase de pó de grafite negativa a taxa 1C, a concentração negativa de LiC12 deve ser sempre menor do que a relação C / 2, enquanto a baixa concentração de Li Li-XC18 e Li1-XC54 Também apareceu anteriormente a uma descarga de 1 C. Isto indica que existe uma grande falta de homogeneidade e um gradiente de concentração de lítio no eletrodo negativo de grafite durante a descarga rápida de grande corrente.
Em geral, essa heterogeneidade de eletrodo pode ser colocada adequadamente de lado, de modo que Li se espalhe na grafite para reduzir a não uniformidade. A figura a seguir mostra a mudança de fase do eletrodo negativo quando a bateria é colocada depois que a descarga termina, você pode Ainda é muito grande ver a mudança de fase durante o processo de suspensão, especialmente a bateria que é posta de lado após a descarga da taxa 1C. O processo da maior mudança ocorre principalmente nos primeiros 10 min, o processo de mudança principal é de 20 min (razão C / 2) e 40 min. 1C) na taxa de descarga do pico de difracção do cátodo de bateria 1C em d = 3.4731, o composto de eléctrodo negativo correspondente é LiC18-LiC36 ou LiC26-LiC36, ou uma mistura de ambas as fases, enquanto a descarga C / 2 O pico de difracção da bateria d = cerca de 3.4340, os compostos negativos correspondentes LiC36-LiC72 e LiC54-LiC85.
O gráfico abaixo mostra a alteração de fase do eletrodo negativo de grafite sob diferentes amplificações de descarga. Pode ser visto a partir da figura que, quando a velocidade Ve de Li + prolapso é menor do que a velocidade de difusão Vd de Li + dentro da grafite (baixa taxa de descarga), grafite O eletrodo negativo deve sempre estar em equilíbrio. Portanto, os picos de difracção de uma fase e duas fases coexistem devem ser observados no padrão de difração. Se Ve é maior que Vd, um gradiente de concentração de Li é formado dentro da partícula de grafite e o interior da partícula se formará rico O núcleo de lítio, fora, formará uma concha pobre em lítio, todas essas fases serão observadas ao mesmo tempo, e somente depois de uma prateleira completa desaparecer pode ser vista na experiência acima, o eletrodo negativo de grafite de taxa C / 2 e 1C é A coexistência de múltiplas fases prova que a taxa de liberação de Li + deve ser maior do que a taxa de difusão de Li + em grafite, por isso precisa de algum tempo para ficar após a descarga para atingir o equilíbrio dentro das partículas.
O gráfico abaixo mostra a mudança de fase do eletrodo negativo durante a descarga em C / 10 a -20 ° C. Pode ver-se que quatro fases diferentes (LiC6, LiC12, Li1-XC18 e Li1-XC54) aparecem a 0,71 Ah O que indica que o fenômeno não uniforme no eletrodo negativo da grafite é mais grave do que a temperatura normal a baixa temperatura. Ao mesmo tempo, a capacidade da bateria a baixa temperatura é testada a 1505,8mAh (C / 10 contém um processo de descarga de tensão constante, com uma capacidade de apenas 1209,6mAh / g ) Foi significativamente menor que a temperatura ambiente 2002.6mAh (C / 30 velocidade constante constante e capacidade de descarga constante).
O gráfico abaixo mostra a mudança de fase do eletrodo negativo de grafite durante o processo de prateleira após a descarga a baixa temperatura. Pode ver-se a partir do gráfico que a mudança de fase do eletrodo negativo de grafite é, obviamente, mais lenta que a temperatura ambiente devido à deterioração das condições cinéticas a baixa temperatura. Pode ver-se que, embora o eletrodo de lítio negativo não tenha atingido um equilíbrio, mesmo após 11 horas de armazenamento, se a bateria de iões de lítio não for usada a baixa temperatura durante um longo período de tempo, a capacidade da bateria de iões de lítio pode diminuir.
O desempenho de baterias de iões de lítio é muito influenciado pelas condições cinéticas. O estudo de Veronika Zinth mostra que as taxas de descarga de C / 2 e 1C excederam a taxa de difusão de Li na grafite. Portanto, durante a descarga, a grafite O gradiente de concentração negativa de Li gerado dentro do ânodo de grafite e produz uma variedade de fases, você deve passar por um período de prateleiras para garantir o equilíbrio dentro do ânodo de grafite. Condições de baixa temperatura, condições de cinética de iões de lítio pior, de modo que o processo de descarga O desequilíbrio do ânodo de grafite é mais grave, o tempo de descarga também deve ser arquivado para se estender, de modo a garantir o equilíbrio dentro da grafite negativa.
