Lithium-Ionen-Batterie mit hoher Spannung und hoher Energiedichte und ausgezeichnete Zyklusleistung machen sie die erfolgreichste chemische Energiespeicher Batterie, vor allem die rasante Entwicklung in den letzten Jahren die Elektro-Auto-Industrie Lithium-Ionen-Batterien in der Möglichkeit der raschen Entwicklung führte zu machen, in Der riesige Markt stimulierte den schnellen Ausbau der Produktionskapazität für Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu traditionellen chemischen Energiespeicherbatterien, Lithium-Ionen-Batterien haben erhebliche Vorteile in der Energiedichte und Lebensdauer, aber Lithium-Ionen-Batterien in der Temperaturanpassungsfähigkeit es gibt viele Lücken aufgrund der dynamischen Bedingungen bei einer niedrigen Temperatur verschlechtert wird, was zu einer Verringerung der Batteriekapazität, sogar Sicherheitsprobleme verursacht, in der Lithium-Ionen-Batterie bei einer hohen Temperatur mit dem Elektrolyten eine Nebenreaktion zwischen positiv und negativ zu erhöhen, was zu einer Zelle erhöhen kann Festigkeit, Schlagzyklusleistung von Lithium-Ionen-Batterien, die in einem Lithium-Ionen-Ergebnissen Batterieanwendungen ein komplexes Temperaturkontrollsystem verwenden, erhöhen die Kosten dieses Aspekts des Lithium-Ionen-Akkus, auf der anderen Seite wird den Verbrauch an elektrischer Energie erhöhen , Reduzieren Sie die Reichweite von Elektrofahrzeugen.
Probleme für die Lithium-Ionen-Batterie bei einer hohen Temperatur Gas-Tropfen und Zyklusleistung Rückgang, R. Genieser wie University of Warwick Elektrolytzusatz für Menschen NMC111 / Graphit-Zelle bei 80 ℃ hohen Temperaturen, die Erhöhung des Innenwiderstands und Kapazitätsrückgang Begasung nach unten sorgfältig analysiert wurde, zeigen Studien, dass die Zunahme des Innenwiderstandes der Batterie hauptsächlich aus erhöhten Widerstand NCM111 Ladungsaustausch positiven Elektrodenmaterial, R. Genieser NCM111 das Ladungsaustauschmaterial bewirken, dass ein Hauptfaktor ist bei der Erhöhung der Impedanz des Sekundärpartikels aufgebrochen, so dass nachfolgende gegen Die Optimierung der Hochtemperaturleistung des Materials sollte für die strukturelle Stabilität der Sekundärteilchen durchgeführt werden.
Experiment R. Genieser Elektrolytkomponenten in der folgenden Tabelle verwendet wird, wobei ein PES 1,3-Propylengruppe - Sulton ist die DTD Methylen Methandisulfonat, TTSPi von (trimethylsilyl ) Phosphit.
Die folgende Abbildung zeigt die Zykluskurven von Batterien mit verschiedenen Elektrolyten bei hohen Temperaturen von 80 ° C. Es ist zu sehen, dass die Batterien mit einem Elektrolyten ohne Additiv innerhalb von 50 Zyklen mehr als 90% der ursprünglichen Kapazität verloren haben. Die Flüssigkeitsbatterie zeigte auch nach dem Zyklieren eine signifikante Aufwölbung.Dies könnte daran liegen, dass sich LiPF6 bei hohen Temperaturen zu LiF und PF5 zersetzt.PF5 ist eine starke Lewis-Säure, die mit Wasser unter Bildung von HF und POF3reagiert und weitere Reaktionen verursacht. Produzieren Sie PEO und CO2 (wie in der untenstehenden Formel gezeigt). Zusätzlich kann die positive Elektrode auch Oxidation des Elektrolytlösungsmittels verursachen, was zu CO, CO & sub2; und anderen Gasen führt.
Einfaches Hinzufügen von 1% VC-Additiv zu dem Elektrolyten kann die Zyklusleistung des Elektrolyten bei hohen Temperaturen stark verbessern (Kurve B), während das Hinzufügen von PES und DTD Elektrolyt C von TTSPi-Additiv etwas besser ist als Elektrolyt B, der Elektrolyt D im frühen Zyklus ist ähnlich zu den B und C Elektrolytzyklen, aber nach 200 Zyklen fällt die Kapazität der Batterie plötzlich ab.Zusätzlich mehr FEC (ein üblicher Si-negativer Elektrolyt Additive, die SEI-Filme mit höherem LiF-Gehalt erzeugen können und somit die mechanische Stabilität des SEI-Films verbessern. Elektrolyt E zeigt auch eine schnelle Abnahme der Kapazität bei hohen Temperaturen, und es gibt ein Phänomen des Ausbauchens der Batterie, was auch der Fall sein kann FEC-Zersetzung durch hohe Temperatur (siehe unten).
Der Ladungsaustauschwiderstand Rct, der durch EIS-Anpassung erhalten wurde, ist in der folgenden Abbildung b dargestellt: Es ist ersichtlich, dass die Zunahme der Ladungswechselimpedanz der Elektrolytbatterie im Zyklus im Vergleich zu anderen Elektrolyten langsam ist, was auf den verbesserten PES-Zusatz zurückzuführen ist. Die Stabilität des Elektrolyten Aus dem Serienwiderstand Rs der Armatur ist ersichtlich, dass nur die Elektrolyte B und C während des Zyklus relativ stabil bleiben und andere Elektrolyte einen deutlichen Anstieg zeigen, hier notieren wir den Elektrolyten. Nachdem D etwa 200 mal ist, gibt es einen signifikanten Anstieg von Rs. Zu dieser Zeit ist es möglich, dass, während die Batteriekapazität springt, der Elektrolyt D bereits in der Batterie erschöpft ist (der Lösungsmittel PC ist anfällig für Co-Einbettung, DEC ist in LiPF6). Der Elektrolyt ist nicht stabil, diese Faktoren bewirken zusammen, dass der Elektrolyt D schneller verbraucht wird.
Abbildung a zeigt die Volumenausdehnung einer Batterie mit additivfreiem Elektrolyten A während des Zyklus bei 40 ° C und 80 ° C. Die periodische Volumenänderung der Batterie bei niedrigen Temperaturen ist hauptsächlich auf die positiven und negativen Elektroden im Lithium-Insertions- und Delithiierungsprozess zurückzuführen. Volumenänderung (Lithiumausdehnung während der Graphiteinführung von 8%, NCM-Volumenausdehnung von etwa 2% im Delithiierungsverfahren), so R. Genieser glaubt, dass die starke Volumenexpansion von NCM-Batterien bei hohen Temperaturen hauptsächlich durch die Elektrolytenoxidationsproduktion der positiven Elektrode verursacht wird Gas (Untersuchungen zeigen, dass die Oxidation von CO CO und CO2 die wichtigsten Quellen für die Produktion von Batteriespeichern sind). Wie in Abbildung b zu sehen ist, ist die Volumenausdehnung von Batterien mit Elektrolyt B wesentlich langsamer als die von Batterien mit Elektrolyt A Weil VC hilft, eine stabilere Passivierungsschicht zu bilden (die Forschung zeigt, dass VC nicht nur einen stabilen SEI-Film auf der negativen Elektrode bildet, sondern auch eine dünne Schicht der Passivierungsschicht auf der positiven Elektrode zeigt) und Elektrolyt C durchläuft Nach der anfänglichen Expansion gab es keine wesentliche Ausdehnung des Batterievolumens am Ende des Zyklus, was darauf hinweist, dass die Additive in Elektrolyt C eine stabilere Passivierungsschicht auf der positiven Elektrodenoberfläche bilden können, also weniger oxidative Zersetzung des Elektrolytlösungsmittels.
Die folgende Abbildung Verwendung von Batterien A und C in der elektrolytischen Lösung, die nach 25 Zyklen zeigt und 80 ℃, positive und negative SEM-Fotografie, wurde es offensichtlich, dass ein Hochtemperaturzyklus in der Batterie ohne zugesetztem Elektrolyten verwendet, NCM die Oberfläche des Elektrolytzersetzungsproduktes wesentlich dicker als 25 deg.] C Zyklus der Batterie dar. die Verwendung der Elektrolytlösungsoberfläche C des NCM keine wesentliche Änderung, natürlich nicht bedeutet, daß die Zersetzung des Elektrolyten auf der positiven Elektrodenoberfläche nicht auftritt, kann der Elektrolyt als Zersetzungsprodukte der positiven Elektrode wandern Negativelektrodenoberfläche eine SEI-Film zu bilden.
Negative Elektrodenoberfläche kann aus dem SEI-Film zu sehen ist, die elektrolytische Lösung A ohne Zusatzmittel bei einer hohen Temperatur wird eine dicke Schicht aus Elektrolytzersetzungsprodukten (hauptsächlich LiF) gebildet, wobei die Oberfläche der negativen Elektrode und die Elektrolyten B E elektrolytischen Zersetzungsprodukte mehr weniger Teilchen sind ebenfalls kleiner, was anzeigt, daß beide Elektrolyte Lage ist, eine stabilere SEI-Film oder beide weniger Zersetzung des Elektrolyten auf der positiven Elektrodenoberfläche bildet. D negativen Elektrode Elektrolyt Infloreszenz zeigt einen Zustand geformt wird, und nicht aufgelöst werden kann, in DMC, was darauf hinweist, dass dies ein Zersetzungsprodukt von LiPF 6. C eingesetzte Elektrolytbatterie Zustand der negativen Elektrodenoberfläche Änderung bei Raumtemperatur auf den Zellzyklus im Vergleich nicht signifikant sein kann.
Aus dem Ergebnis der Analyse EIS verschiedene Elektrolyten NCM positive Elektrodenimpedanz nach dem Hochtemperaturzyklus verwendet, hat einen signifikanten Anstieg gezeigt, durch die Impedanz der Elektrolytlösung Eine Batterie positive Elektrode, die hauptsächlich wegen der Zersetzung der Elektrolytlösung zu erhöhen davon durch eine Oberfläche verursacht, elektrolytischen Obwohl VC Flüssigkeit B-Zellen können eine Zersetzung des Elektrolyten in der positiven Elektrode, aber aufgrund der großen Anzahl von Zyklen (350), die größte Zunahme der Impedanz, die Impedanz des NCM zu unterdrücken, die Anzahl von Zyklen zu erhöhen, das Material des gleiche ist, aber mehr als der zirkulierenden Elektrolyt C eine kleinere Anzahl der Elektrolytlösung noch weniger, gute Stabilität der Elektrolytlösung anzeigt, die Elektrolytlösung verwendet NCM D und E Materialien aufgrund der kurzen Zykluszeiten (175-mal) Erhöhung des Innenwiderstands so viel.
Die folgende Abbildung a zeigt das XRD-Beugungsmuster des Materials der NCM-positiven Elektrode im Elektrolyten C nach der Bildung und dem Hochtemperaturzyklus bei 80 ° C. Es ist ersichtlich, dass sich die Kristallstruktur des NCM-Materials nach dem Hochtemperaturzyklus nicht wesentlich verändert hat Die hkl-Werte der beiden Beugungspeaks bei 006/012 und 018/110 haben sich signifikant verändert, was auf eine signifikante Änderung der a- und c-Werte des Materials hindeutet.Allgemein glauben wir, dass a / c linear mit dem aktiven Li im Materialin Beziehung steht. Wie in Abbildung b unten gezeigt, können wir aus der Abbildung sehen, dass das stöchiometrische x des Li in dem NCM-Material, das im Elektrolyten C zirkuliert, 0,952 ist, was anzeigt, dass das meiste aktive Li (96,4%) in dem Material zurückgehalten wird. Das NCM-Material, das Elektrolyt B verwendet, verlor jedoch nach Hochtemperaturzyklen aktiver Li. Die verbleibende Aktivität Li entspricht etwa 74,4% SoC. Daraus ist ersichtlich, dass die Batterie, die Elektrolyt C verwendet, fast keine Temperaturzyklen aufweist. Der Verlust von aktivem Li tritt auf, dann ergibt sich der Verlust von 35% Kapazität in dem Zyklus Dies liegt wahrscheinlich an der Zunahme der Ladungsaustauschimpedanz der positiven Elektrodenoberfläche, was zu einer erhöhten Batteriepolarisation während des Ladens und Entladens führt.
Um die Faktoren zu analysieren, die den Anstieg der Ladungswechselimpedanz von NCM mit Elektrolyt C verursachen, beobachtete und analysierte R. Genieser den Querschnitt von NCM-Material.Von der Abbildung unten beobachteten wir, dass NCM durch Sintern einer großen Anzahl von Primärteilchen gebildet wird. Die Sekundärteilchen, aber nach einem Hochtemperaturzyklus von 80 ° C, erzeugten NCM viele Risse zwischen den Primärteilchen, was dazu führte, dass ein Teil der Primärteilchen von den Hauptteilchen getrennt wurde, was einen erhöhten Kontaktwiderstand zwischen den Teilchen verursachte.
R. Genieser Forschung gibt uns einen tiefen Einblick in den Mechanismus der NCM / Graphit-Batteriekapazität bei hohen Temperaturen sinken nach unten, Gasexpansion und anderen Phänomenen, wurde Elektrolyt additiven die Zersetzung des Elektrolyten bei erhöhten Temperaturen zu reduzieren gefunden, die Gasproduktion zu reduzieren, verbessern Batterie zyklische Leistung hat wichtige Implikationen. R. Genieser Studie zeigte auch, dass, obwohl die SPE, DTD und TTSPi andere Elektrolytadditive kann die NCM / Graphit-Zyklusleistung der Batterie effektiv verbessern, Gas Batterie verringert, Li-reduzierende Aktivität Verlust, aber immer noch nicht die Erhöhung der Impedanz der positiven Elektrode Ladungsaustausch vermeiden kann, zeigt die weitere Forschung, daß NCM Ladungsaustausch erhöht ist vor allem aufgrund der internen Impedanz der Sekundärpartikel NCM Risse, die Trennung zwischen Abschnitten der Primärteilchen und Primärpartikel führt, zu einer Erhöhung der Kontaktimpedanz führt, wodurch Erhöhung der Polarisation führt zu der Entladungskapazität der Batterie abnimmt, so dass für die Hochtemperaturleistung des Materials optimiert ist vor allem die Stabilität des NCM NCM Materials von Sekundärpartikeln zu verbessern.
