Ho un sogno: "Un giorno potrò progettare una batteria agli ioni di litio con una carica rapida, un'elevata energia specifica e caratteristiche di lunga durata!" E allo stato attuale dell'arte queste caratteristiche sono difficili da raggiungere allo stesso tempo. i progettisti sono ben consapevoli della ricarica veloce della batteria agli ioni di litio influenzerà gravemente la vita di una batteria agli ioni di litio, spesso perché Li + in grafite elettrodo negativo reticolo incorporato flash hanno forti sollecitazioni meccaniche quando un materiale grafite, provocando il materiale elettrodo negativo di grafite problemi di delaminazione e rottura delle particelle, oltre alla velocità veloce carica o ricarica la temperatura della batteria è troppo bassa può causare ulteriore precipitazione di metallo Li sulla superficie dell'elettrodo negativo, che può portare alla perdita irreversibile della capacità della batteria agli ioni di litio, declino vita di ciclo giù.
Superiore alla carica della batteria, riducendo così il tempo di carica della batteria è una le cose ancora più difficili. Per risolvere questo problema Franz B. Spingler Università Tecnica di Monaco di Baviera, in Germania e altre analisi analitica del volume irreversibile batteria al litio irreversibili negativo il rapporto tra espansione e la perdita di capacità della batteria, e come base per la progettazione di sistema specifico elevato veloce batteria di energia della carica, rispetto a un tasso 1C corrente costante - tensione di ricarica costante, il sistema può essere ridotto del 11% e il tempo di ricarica Calo del 16% della capacità (200 cicli).
È stato utilizzato nell'esperimento NCM / grafite capacità della batteria pacchetto morbido è 3.3Ah, le caratteristiche di base della batteria sono riportati nella seguente tabella, la batteria è posizionata in incubatrice, il laser sarebbe spessore lungo la lunghezza dell'intero batteria carica e processo di scarica La direzione dello spessore della sua misurazione continua e l'uso del sensore di temperatura a infrarossi per tracciare la temperatura della superficie della batteria agli ioni di litio cambia (come mostrato di seguito).
Franz B.Spingler analizzato l'effetto della temperatura sulla batteria gonfiore caratteristiche della batteria agli ioni di litio quando la temperatura viene restituito da 0 ℃ a 45 ℃, il tasso medio per l'intera espansione delle cellule era 1.2um / ℃, b dalla figura si può anche notare che l'intera espansione della batteria non è uniforme, bordi della espansione delle cellule di un gran numero, l'intervallo del tasso di espansione della cella locale 3.4um / ℃ di 0.6um / ℃, coefficiente di coefficiente di dilatazione diventa equivalente a 1,2 x10-4 / ℃ a 7.0x10-4 / ℃, la media di 2.5x10-4 / ℃. la ragione principale per misurare la temperatura a causa dell'espansione della batteria agli ioni di litio è una batteria agli ioni di litio in quanto la temperatura può verificarsi durante l'aumento di carica, che provoca l'espansione della batteria agli ioni di litio, è necessario la dilatazione termica è separata dalla espansione complessiva della batteria al litio.
La figura seguente mostra l'espansione di volume del caso rispettivamente processo 0.5C, 1.0C, 1.5C e tasso 2C CC-CV ricarica, in cui la linea cellulare è la curva di espansione ottenuto mediante curve di misura diretti, la linea continua rappresenta il fattore di espansione a causa della temperatura detratto curva espansione cellulare. notiamo quando una corrente elevata (1.5C e 2.0C) ricarica della batteria dalla corrente di carica costante a tensione costante in anticipo, gonfiore batteria inizia un picco di espansione (overshoot), e poi diminuito e scomparve prima della fine della carica tensione costante. dapprima consideriamo carica 2.0C, il picco espansione del volume (overshoot) ha raggiunto circa 40um, pari da 0-100% dell'espansione volume totale del% SoC batteria 25. questa espansione di volume strettamente legato al picco grandezza della corrente di carica della batteria, l'altezza di questo picco è 1.5C a 25um, e 0.5C, e l'espansione tasso 1C avviene senza questo picco. Franz B. Spingler sembra che la ragione principale di questo picco può essere espansa Li metallo è stato depositato sulla superficie dell'elettrodo negativo nel processo di carica rapida, e la tensione di carica costante estremità posteriore incorporato all'interno di un elettrodo negativo di grafite.
Se il picco dovuto al gonfiamento della batteria analisi litio superficie dell'elettrodo negativo, Li metallo poi reinserito all'interno del processo anodico produrrà una curva tensione su internet, così Franz B. Spingler Per verificare questa ipotesi è corretta, la batteria sarà diverso quando la carica fino al 90% (in alto picco del volume di espansione) sotto ingrandimento di interruzione, e quindi registrare la variazione di tensione della batteria (vedi sotto), da sinistra CC-CV, possiamo vedere le curve di tensione, 0.5C e velocità di carica 1.0C La batteria si scarica rapidamente dopo l'interruzione della carica e la batteria con una velocità di carica superiore a 1,5 C presenta un'evidente piattaforma di tensione durante la caduta di tensione dopo l'interruzione della carica, in particolare la batteria caricata a una velocità di 2,0 C e 2,5 C. plateau tensione è molto evidente. questo indica che con l'aumento della velocità di carica, il Li fenomeno superficie dell'elettrodo negativo metallica precipitato diventa più evidente, ma anche che l'espansione volume di picco si verifica nella batteria agli ioni di litio durante l'alta corrente di carica e la superficie dell'elettrodo negativo di litio strettamente Analisi relazioni.
espansione del volume della batteria al litio prodotta durante il processo di carica non tutti sono reversibili, la figura mostra la perdita di capacità per ciclo della batteria a differenti velocità di carica differente, espansione media irreversibile volume e l'espansione di volume massimo irreversibile. Abbiamo Dalla figura rilevando la batteria espansione del volume irreversibile e perdita di capacità della batteria ha una forte calcoli di correlazione mostrano che la media irreversibile relativo all'espansione del volume e la perdita di capacità della batteria è 0,945, e il massimo irreversibile relativo all'espansione del volume e la perdita di capacità della batteria alto come 0.996.
studio Franz B.Spingler trovato che l'espansione del volume irreversibile della pila ai bordi tendono ad essere più gravi, per spiegare questo fenomeno, Franz B. Spingler verrà applicata la 0.5-2.0C batteria tasso stati dissezionati sotto mostra due elettrodo negativo dopo dissezione dalla figura una possiamo vedere posizione periferica della cella è spesso espansione del volume irreversibile è più grave, la superficie dell'elettrodo negativo della batteria dopo dissezione troviamo esattamente quando v'è una deposizione significativa di metallo Li a queste posizioni. questo indica che espansione del volume e la perdita di capacità irreversibile della batteria e Li metallo è strettamente legato alla deposizione sulla superficie dell'elettrodo negativo.
Dall'analisi sopra possiamo vedere, l'elettrodo negativo metallo irreversibile superficie Li deposizione, l'espansione del volume irreversibile e perdita di capacità della pila sono strettamente correlati, quindi abbiamo progettato una batteria agli ioni di litio sistema di carica veloce per evitare l'elettrodo negativo irreversibile deposizione di metallo Li. per progettare una carica rapida, il sistema di carica della durata della batteria evitando rapido decadimento, batterie Franz B. Spingler vengono caricate con un ingrandimento di 0.5-3.0C al 10-100% SoC, e la costante 0.5C flusso - tensione di scarico costante 0% SoC, e la registrazione irreversibile l'espansione di volume massimo della batteria, e utilizzati per guidare la progettazione di ricarica veloce risultati di prova sistema illustrato di seguito, si può notare dalla figura abbiamo una tendenza che la velocità di carica il più grande, più alto fine SoC, allora la batteria maggiore è il volume di espansione irreversibile massimo, cioè maggiore è la perdita di capacità della batteria.
Per minimizzare l'espansione di volume massimo irreversibile, Franz B. Spingler modo in cui carica mediante 2.4C nell'intervallo di 0-10% SoC, e poi sequenzialmente ridotta carica tratti (come mostrato nella figura. C), da questa ottimizzazione dopo che il sistema di carica, il tempo di carica della batteria agli ioni di litio può essere ridotta del 21% (CC-CV 1C sistema di comparazione di frequenza) il ridurre più efficacemente il tempo di ricarica.
regime ottimizzato riducendo il volume di espansione irreversibile, migliorare efficacemente il ciclo di vita delle batterie al litio ricarica, il grafico utilizzando il sistema di carica ottimizzata, la curva CC-CV ingrandimento sistema a ciclo di batteria 1C e tasso 1.4C CC-CV ricarica può essere visto rispetto alla batteria convenzionale curva CC-CV ottimizzato sistema di ricarica dopo l'esecuzione del ciclo è stata notevolmente migliorata (200 settimane ciclo, la perdita di capacità viene ridotta del 16%), dal punto di vista anatomico risultati della batteria, l'ottimizzazione di caricamento dopo il sistema di analisi delle cellule litio irreversibile elettrodo negativo è significativamente ridotta.
Franz B. Spingler studiando la batteria agli ioni di litio viene caricata a velocità diverse a causa all'elettrodo negativo analisi irreversibile batteria al litio espansione del volume irreversibile, il rapporto tra la perdita di capacità della batteria, e rivela la ragione per i risultati di ricarica rapida a una capacità della batteria agli ioni di litio diminuire giù accelerazione e il tasso di carica diversa a seconda del risultato dell'espansione del volume irreversibile, sviluppato ottimizzato sistema di carica, rispetto ricarica CC-CV 1C sistema frequenza, in modo che il tempo di carica è ridotto del 21%, perdita di capacità 16% (200 cicli).
