В последние годы с постепенным расширением рынка электромобилей электромобили стали появляться все чаще и чаще в нашей повседневной жизни. В качестве продукта, тесно связанного с безопасностью нашей жизни и имущества, особенно важна безопасность аккумуляторной батареи электромобиля Аккумуляторная батарея на заводе требуется для обеспечения перезарядки, разрядки, акупунктуры и короткого замыкания и других жестких проверок безопасности для обеспечения безопасности используемой батареи.
В текущем литиево-ионном аккумуляторе все элементы Li в батарее снабжены положительным электродом. При зарядке Li удаляется из положительного электрода и внедряется в отрицательный электрод, а процесс разряда в точности противоположный. При нормальных обстоятельствах, Количество делитирования положительного электрода контролируется в разумном диапазоне, так что потенциал материала положительного электрода может быть полностью использован без возникновения коллапса структуры положительного электрода, тем самым обеспечивая безопасность и срок службы литиево-ионного аккумулятора. Однако в особых случаях, например, Повреждение BMS, сбои и т. Д. Могут привести к перезарядке литий-ионных батарей, что может привести к проблемам безопасности и повреждению батареи.
Как правило, мы полагаем, что в случае перезарядки литий-ионная батарея будет внутренне реагировать на батарею: 1) Электролит разлагается и избыточный заряд вызывает постоянный рост потенциала положительного электрода. Когда потенциал положительного электрода выше 4,5 В, обычный органический карбонатный электролиз Жидкость начинает разлагаться, что приводит к проблемам безопасности, 2) отрицательный анализ Li, конструкция батареи Li-ion в отрицательной емкости будет выше, чем положительная, мы называем избыточность или отношение NP, в общем случае отрицательная мощность электрода будет выше, чем положительная 10-30 %. Но при перезарядке положительный пролапс превысит избыток Li, который превышает емкость отрицательного электрода, что приведет к осаждению Li на поверхности отрицательного электрода, что не только приведет к повреждению батареи, в тяжелых условиях может привести к внутреннему короткому замыканию, В настоящее время основной поток тройных материалов и материалов LCO литиево-ионных батарей относится к слоистой структуре с теоретической емкостью до 270 мАч / г, но только часть Li может быть обратимо удалена, Например, для материала LCO обратимая емкость составляет около 140 мАч / г. Продолжение удаления Li приводит к тому, что слоистая структура материала положительного электрода теряет поддержку и структурный коллапс, что приводит к разрушению материала положительного электрода.
Для слоистой структуры материала катода при избыточной зарядке произойдет структурное повреждение, Национальная лаборатория Аргонау США, Национальные лаборатории Сандиа и Национальная лаборатория Ок-Ридж Хавьер Бареньо и др. По материалу NMC532 при перегрузке в структуре Обнаружено, что материал NMC532 не разрушается структурно, как мы себе представляем после перезарядки, но поддерживает слоистую структуру, но образует слой, содержащий больше С и О на поверхности положительного электрода Было обнаружено, что после перегрузки отрицательная пленка SEI потребляет больше Li, а часть лития в виде металла Li, осажденного на отрицательном электроде, приводит к выделению электричества до 0% Содержание SoC Li в материале NMC532 появляется Значительное снижение.
Хавьер Бареньо и другая первая национальная лаборатория ORNL Oak Ridge, используя NMC532 / графит, подготовили мягкую батарею 1.5Ah, а затем в Национальной лаборатории Sandia SNL будут заряжены мягкие батарейки на 100%, 120%, 140%, соответственно, 160%, 180% и 250% СОС с зарядом СО2 на 250%, что приводит к утечке клеток, а затем разряжает вышеуказанные ячейки до 0% SoC для вскрытия для исследования влияния избыточного заряда на структуру материала катода.
На рисунке выше показана диаграмма XRD положительного электрода, заряженная в разные состояния SoC, а затем разряженная до 0% SoC. По сравнению с несколькими другими дифракционными пиками мы обнаружили, что хотя эти положительные электроды подверглись различным перегрузкам, материал положительного электрода Основная структура не была разрушена, а лишь небольшое увеличение ширины дифракционного пика, что означает, что материал батареи находится в определенной степени напряжения.
Это также может быть засвидетельствовано из изображения SEM (снизу). Как видно из рисунка ниже, форма частиц материала NMC532 по-прежнему четко распознается, несмотря на испытание на перезарядку. Морфология вторичных частиц не является Значительное изменение произошло.
Несмотря на структурное отсутствие существенных структурных изменений в материале NMC532, локальное содержание Li (как показано на рисунке ниже) показывает, что при зарядке до 120% SoC выгрузка до 0% SoC, Содержание Li до сих пор не может быть восстановлено до исходного состояния, и чем выше зарядный SoC, тем меньше Li содержится в материале положительного электрода после полного разряда. Это отчасти потому, что структура материала положительного электрода распадается, но более вероятной причиной является процесс перезарядки Рост отрицательной пленки SEI поглощает Li или часть осадков Li на поверхности отрицательного электрода в виде металлического Li, потребляя больше Li, что приводит к значительному уменьшению Li, внедренному в положительный электрод.
Для дальнейшего изучения влияния перезарядки на структуру материала NMC532 Хавьер Бареньо проанализировал материалы батареи с разной степенью перезарядки XPS. Основные изменения материала положительного электрода отражены в изменениях интенсивности двух дифракционных пиков O1s и P2p, Можно видеть, что в материале есть два типа O, один - более электроотрицательность O при 530 эВ, например, кислород в оксиде металла и кислороде в NMC 532, а другой Один из них - менее электроотрицательный O, соответствующий 533 эВ, например, элемент O в органическом веществе. В основе количества этих двух O, количество большей электроотрицательности O, соответствующей 530 эВ, перегружается до 180 % SoC не претерпело существенных изменений, прежде всего, завышение до 250% после большего увеличения, но содержание O в органическом веществе увеличилось с увеличением степени перезарядки, что указывает на то, что в процессе перезарядки Поверхность положительного электрода создавала больше продуктов разложения электролита. Пик пика, соответствующий разложению электролита P2O5, после перезарядки интенсивности этого пика значительно увеличивался, что указывает на то, что анодная поверхность продуктов разложения электролита увеличивалась,В соответствии с результатами вышеуказанных O1s.
Из приведенного выше анализа содержание Li в материале положительного электрода быстро уменьшается с увеличением степени перезарядки после перегрузки более 140% SoC, и эти потери Li в значительной степени поглощаются ростом отрицательной пленки SEI Или сформированы на поверхности осаждения отрицательного электрода Li. Из исследования XRD установлено, что чрезмерный де-Li не приводит к разрушению структуры положительного электрода NMC532, избыточный зарядный электродный материал по-прежнему поддерживает слоистую структуру. Но чрезмерный заряд привел к электролиту на поверхности положительного электрода Разложение с увеличением степени перезарядки положительных продуктов разложения электролита также является соответствующим увеличением избыточного заряда до 250% SoC, что приведет к термическому разложению электролита, что приведет к большему количеству газа, в результате чего батарея утечка.
