J'ai un rêve: «Un jour, je peux concevoir une batterie lithium-ion avec une charge rapide, une énergie spécifique élevée et une longue durée de vie!» Dans l'état actuel de la technologie, ces caractéristiques sont difficiles à atteindre en même temps. Les concepteurs de batteries au lithium-ion sont conscients qu'une charge rapide peut affecter gravement la vie des batteries lithium-ion, ce qui est souvent dû au fait que Li + pénètre rapidement dans la grille graphite de l'électrode négative et provoque des contraintes mécaniques importantes. De plus, une vitesse de chargement trop rapide ou une température basse de la batterie peuvent entraîner la chute du Li métallique sur la surface de l'électrode négative, ce qui entraîne une perte de la capacité réversible de la batterie lithium-ion et une diminution de la durée de vie.
Pour résoudre ce problème, Franz B. Spingler et autres de l'Université technique de Munich (Allemagne) ont analysé le volume irréversible de l'électrode négative lithium irréversible. La relation entre l'expansion et la perte de capacité de la batterie est basée sur la conception d'une batterie haute énergie avec un système de charge rapide Comparé à une charge constante de courant constant de 1C, ce système peut réduire le temps de charge de 11% et Diminution de 16% de la capacité (200 cycles).
La batterie NCM / pack graphite utilisée dans l'expérience a une capacité de 3,3 Ah. Les caractéristiques de base de la batterie sont indiquées dans le tableau suivant: La batterie est placée dans une chambre à température constante. La direction de l'épaisseur de sa mesure continue, et l'utilisation du capteur de température infrarouge pour suivre la température de surface des changements de batterie au lithium-ion (comme indiqué ci-dessous).
Franz B.Spingler a analysé l'effet de la température sur les caractéristiques de gonflement batterie de la batterie au lithium-ion lorsque la température a été renvoyée par 0 ℃ à 45 ℃, le taux moyen de l'ensemble de l'expansion des cellules a été 1.2um / ℃, b de la figure on peut également noter que l'ensemble de l'expansion de la batterie est non uniforme, les bords de l'expansion des cellules à un grand nombre, la gamme de la vitesse d'expansion de la cellule locale à 3.4um / ℃ de 0.6um / ℃, le coefficient de coefficient de dilatation devient équivalente à 1,2 x10-4 / ℃ à 7.0x10-4 / ℃, la moyenne de 2.5x10-4 / ℃. la raison principale pour mesurer la température en raison de l'expansion de la batterie au lithium-ion est une batterie au lithium-ion, car la température peut se produire lors de la montée de charge, qui va provoquer l'expansion de la batterie au lithium-ion, il est nécessaire de L'expansion de température est séparée de l'expansion globale de la batterie lithium-ion.
La figure suivante montre l'expansion du volume du boîtier respectivement 0.5C, 1.0C, 1.5C et le taux de 2C processus de charge CC-CV, dans lequel la lignée cellulaire est la courbe d'expansion obtenue par des courbes de mesure directe, le trait plein représente le facteur d'expansion due à la température déduite courbe d'expansion cellulaire. on peut noter quand un courant (1.5C et 2.0C) la charge de la batterie par la charge à courant constant à la tension constante de charge dans le début, le gonflement de la batterie a commencé un pic d'expansion (dépassement), puis Chute et disparition avant la charge à tension constante Nous examinons tout d'abord la charge de 2,0 C. Ce dépassement de volume atteint environ 40um, ce qui représente 25% de l'expansion totale du volume de la batterie SoC 0-100%. étroitement liée à l'ampleur maximale du taux de charge de la batterie, la hauteur de ce pic est à 1,5 ° C à 25um et 0.5C, et l'expansion du taux de 1C se produit sans ce pic. Franz B. Spingler semble que la raison principale de ce pic peut être étendu C'est au cours du processus de charge rapide que le métal Li précipite à la surface de l'électrode négative et est réinséré dans l'électrode négative de graphite à la fin de la charge à tension constante.
Si le pic dû à la surface de l'électrode analyse gonflement pile au lithium négative, le métal Li ensuite inséré à nouveau à l'intérieur du processus d'anode va produire une courbe de tension sur l'Internet, de sorte que Franz B. Spingler Pour vérifier cette hypothèse est correcte, la batterie sera différente lorsque le CC-CV charge jusqu'à 90% (en haut pic de volume d'expansion) sous un grossissement d'interruption, puis enregistrer la variation de la tension de la batterie (ci-dessous), de la gauche, on peut voir les courbes de tension, 0.5C et 1.0C taux de charge La batterie tombe rapidement après l'interruption de la charge et la batterie dont le taux de charge est supérieur à 1,5 ° C présente une plate-forme de tension évidente pendant la chute de tension après l'interruption de la charge, notamment la batterie chargée à 2,0 ° C et 2,5 ° C. plateau de tension est très évidente. cela indique que l'augmentation du taux de charge, le métal précipité Li phénomène de surface d'électrode négative devient plus apparente, mais aussi que l'expansion du volume de pointe se produit dans la batterie lithium-ion pendant la haute charge de courant et la surface d'électrode négative de lithium près Analyse Relation
L'expansion volumique des batteries lithium-ion pendant la charge n'est pas entièrement réversible La figure suivante montre la perte de capacité de chaque cycle de la batterie à différents taux de charge, la dilatation moyenne irréversible du volume et l'expansion maximale irréversible du volume. notant la batterie expansion du volume irréversible et la perte de capacité de la batterie comporte un calcul de solides de corrélation montrent que la moyenne irréversible lié à l'expansion du volume et de la perte de capacité de la batterie est 0,945, et la irréversible maximale liée à une expansion volumique et la perte de capacité de la batterie aussi élevée que 0,996.
Franz étude B.Spingler a constaté que l'expansion du volume irréversible de la cellule de la batterie sur les bords ont tendance à être plus sévères, afin d'expliquer ce phénomène, Franz B. Spingler sera facturée au 0.5-2.0C de la batterie de taux ont été disséqués ci-dessous montre deux électrode négative après dissection de la figure un, nous pouvons voir la position du bord de la cellule est souvent l'expansion du volume irréversible est plus grave, la surface de l'électrode négative de la batterie après dissection, nous trouvons exactement quand il y a un important dépôt de métal Li à ces endroits. cela indique que l'expansion du volume et de la perte de capacité irréversible de la batterie et du métal Li est étroitement liée au dépôt sur la surface de l'électrode négative.
De l'analyse ci-dessus, nous pouvons le voir, le dépôt surface métallique irréversible de l'électrode négative de Li, l'expansion du volume irréversible et la perte de capacité de la cellule de batterie sont étroitement liés, de sorte que nous avons conçu une batterie au lithium-ion système de charge rapide pour éviter l'électrode négative irréversible dépôt de métal Li. afin de concevoir une charge rapide, le système de charge de la vie de la batterie tout en évitant la désintégration rapide, Franz B. batteries Spingler sont chargées à l'aide d'un grossissement de 0.5-3.0C à 10-100% SoC, et la constante 0.5C débit - décharge de tension constante à 0% SoC, et l'enregistrement irréversible l'expansion du volume de la batterie, et utilisé pour guider la conception des résultats des tests du système de charge rapide illustré ci-dessous, on peut noter de la figure, on a tendance que le taux de charge la plus grande, SoC extrémité supérieure, puis la batterie plus l'expansion du volume maximal irréversible, ce qui signifie que plus la perte de la capacité de la batterie.
Afin de minimiser l'expansion de volume maximal irréversible, Franz B. Spingler piecewise manière de charge dans lequel la charge en utilisant 2.4C dans la gamme de 0-10% SoC, puis réduit de manière séquentielle (comme représenté sur la Fig. C), cette optimisation par après que le système de charge, le temps de charge de la batterie au lithium-ion peut être réduite de 21% (CC-CV 1C système de comparaison de prix) le plus efficace de réduire le temps de charge.
régime de charge optimisée en réduisant l'expansion du volume irréversible, ce qui améliore effectivement la durée de vie des batteries lithium-ion, le graphique à l'aide du système de charge optimisée, le cycle de la batterie 1C et le taux de 1.4C grossissement du système de charge CC-CV courbe CC-CV on peut le voir par rapport à la courbe CC-CV classique optimisé système de charge de la batterie après l'exécution du cycle a été considérablement améliorée (cycle de 200 jours, la perte de capacité est réduite de 16%), du point de vue anatomique les résultats de la batterie, l'optimisation de charge après que le système d'analyse de cellules électrode négative au lithium irréversible est considérablement réduite.
Franz B. Spingler en étudiant la batterie au lithium-ion est facturé à des taux différents en raison de l'électrode négative pile au lithium analyse irréversible expansion du volume irréversible, la relation entre la perte de capacité de la batterie, et révèle la raison pour laquelle les résultats de la charge rapide d'une capacité de la batterie lithium-ion diminuer vers le bas accélération et différents taux de charge en fonction du résultat de l'expansion volumique irréversible, développé optimisé système de charge, par rapport à la charge CC-CV 1C système de taux, de sorte que le temps de charge est réduite de 21%, 16% de perte de capacité (200 cycles).
