나는 꿈이있다 : '언젠가는 빠른 충전, 높은 비 에너지 및 긴 수명 특성을 가진 리튬 이온 배터리를 설계 할 수있다!'그리고 현재의 기술 수준에서 이러한 기능은 동시에 달성하기 어렵다. 디자이너는 리튬 이온 음극 흑연에 격자 임베디드 플래시가 심한 기계적 스트레스가 종종 있기 때문에, 심각 리튬 이온 배터리의 수명에 영향을 미칠 것입니다 리튬 이온 배터리 고속 충전을 잘 알고있는 경우 흑연 음극 물질의 원인에 흑연 재료, 박리 입자 파손 문제, 이외에 고속의 충전 또는 아래로 리튬 이온 전지의 용량, 사이클 수명 감소의 비가역적인 손실을 초래할 수있는 음극 표면에 금속 리튬의 추가 침전을 일으킬 수있다 너무 낮은 배터리 온도, 충전을 빠르게한다.
배터리 전력보다 더 높은, 따라서 배터리 충전 시간을 단축하는 것은 더욱 어려운 일이다.이 문제 뮌헨, 독일과 부정적인 돌이킬 수없는 리튬 배터리 돌이킬 수없는 볼륨의 다른 분석 분석의 프란츠 B. Spingler 기술 대학을 해결하기 위해 확장 및 배터리 용량 손실 간의 관계는 고속 충전 시스템을 갖춘 고 에너지 배터리의 설계를 기반으로합니다.이 시스템은 1C 속도 정전류 - 정전압 충전과 비교하여 충전 시간을 11 % 단축 할 수 있으며 용량이 16 % 감소 (200 사이클).
NCM / 흑연 소프트 패키지 전지 용량이 3.3Ah, 전지의 기본 특성은 다음의 표에 도시되어있는 실험에 사용 된 전지를 인큐베이터에 배치되고, 상기 레이저는 충 방전 공정 전체 배터리의 길이에 따라 두께 것 연속 측정의 두께 방향과 적외선 온도 센서를 사용하여 리튬 이온 배터리의 표면 온도를 추적합니다 (아래 그림 참조).
Franz B.Spingler는 처음으로 온도가 리튬 이온 배터리의 팽창 특성에 미치는 영향을 분석했습니다. 배터리 온도가 0 ° C에서 45 ° C로 복원되면 전체 배터리의 평균 팽창률은 1.2um / ° C였습니다. 아래 그림 b에서 전체 전지의 팽창은 균일하지 않고, 전지의 엣지 팽창이 커지고, 전지의 국소 팽창 속도는 0.6 um / ℃ ~ 3.4um / ℃의 범위이고, 팽창 계수는 1.2 × 10-4 / ℃ ~ 7.0 × 10-4 / ° C, 평균은 2.5x10-4 / ° C입니다. 온도에 의한 리튬 이온 배터리 확장 측정의 주된 원인은 충전 중에 리튬 이온 배터리의 온도가 상승하여 리튬 이온 배터리가 팽창하기 때문입니다. 온도 팽창은 리튬 이온 배터리의 전체 팽창으로부터 분리됩니다.
아래의 그림은 0.5C, 1.0C, 1.5C 및 2C CC-CV를 이용한 충전 과정에서의 체적 팽창을 나타내며, 곡선의 곡선은 직접 측정으로 얻은 배터리 팽창 곡선이며, 실선은 온도를 차감하여 팽창 계수를 계산 한 것입니다. 배터리의 팽창 곡선 정전류 충전에서 고전류 (1.5C 및 2.0C) 충전에서 정전압 충전으로 배터리를 충전하는 초기 단계에서 배터리 확장은 확장 오버 슈트를 나타내 기 시작하고 정전압 충전 전에 떨어 지거나 사라집니다. 먼저 2.0C 충전을 살펴 봅니다.이 볼륨 확장 오버 슈트는 약 40um에 이르며 0-100 % SoC 배터리의 전체 용량 확장의 25 %를 차지합니다. 피크의 크기는 배터리의 충전율과 밀접한 관련이 있습니다 .1.5C에서이 피크의 높이는 25um이며이 피크 팽창은 0.5C 및 1C 속도에서 발생하지 않습니다 .Franz B. Spingler는이 팽창의 주요 원인이 급속 충전 공정 중에 금속 Li가 음극 표면에 침전되고 정전압 충전 종료시에 흑연 음극에 재 삽입된다.
분석 리튬 음극 표면을 팽윤으로 인해 전지의 피크가, 리튬 금속은 다음 인터넷에 전압 곡선을 생성한다 양극 처리의 내부로 재 삽입되므로 프란츠 B. Spingler 위의 가설이 올바른지 확인하려면 경우 배터리는 다른 것 왼쪽에서 (아래 참조) 전지 전압의 변화를 기록 후 인터 럽션의 배율 하에서 90 % (팽창 부피의 피크 톱)을 최대 충전 및 CC-CV, 우리는 전압 곡선, 0.5C 및 1.0A 이하 충전율 보이면 배터리 전압이 충전을 정지 한 후에 급격히 감소하고, 대전의 대전 율이 중단되면, 공정에서의 전압 강하는 배터리 1.5C, 2.0C 충전 상술 특히 배터리의 2.5C 레이트 분명 전압 고원 있었다 전압 고원은 매우 명백하다. 이것은 충전 속도의 증가에 따라, 침전 된 금속 리튬 음극 표면 현상이 더욱 명백되어있는 것을, 또한 최대 체적 팽창 고전류 충 리튬 음극 표면에 면밀히 분석에서 리튬 이온 전지에서 발생 관계.
충전 과정 동안 생성되는 리튬 이온 전지의 부피 팽창이 가역적 전부이며, 도면은 다른 다양한 충전율 평균 비가역 체적 팽창 및 최대 비가역 체적 팽창시의 전지의 사이클 당 용량 손실을 나타낸다. 우리는 도면에서 배터리 용량의 배터리 비가역 체적 팽창 손실을 주목하는 것은 강한 상관 계산이 체적 팽창하여 전지의 용량 손실 평균 비가역 관련이 0.945이며, 체적 팽창 및 0.996의 높은 배터리 용량 손실로 최대 비가역 관련 보여 갖는다.
프란츠 B.Spingler 연구는 가장자리에서 배터리 셀의 돌이킬 수없는 볼륨 확장이 현상을 설명하기 위해, 프란츠 B. Spingler은 쇼 아래 해부 속도 배터리 0.5-2.0C 부과됩니다, 더 심한 경향이 있음을 발견 우리가 셀의 에지 위치를 볼 수있는도 A로부터 박리 후 2 음극이 위치에서 금속 리튬의 상당한 증착있을 때 정확히 찾을 박리 후의 전지의 음극 표면.이 것을 나타낸다 비가역 체적 팽창이 더욱 심각 종종 배터리의 비가역적 체적 팽창 및 용량 손실은 음극 표면상의 금속 Li의 침전과 밀접하게 관련되어있다.
밀접하게 관련되어있는 우리가 볼 수있는 상기 분석 음극 비가역 금속 표면 리튬 증착 비가역 체적 팽창과 전지 셀의 용량 손실 있으므로 빠른 비가역 음극 않도록 과금 시스템의 리튬 이온 배터리를 설계 금속 증착 리. 짧은 충전 급속한 붕괴를 피하면서 배터리의 충전 시스템을 설계하기 위해서는, 프란츠 B. Spingler 전지는 10-100 %의의 SoC에 0.5-3.0C의 배율을 사용하여 충전하고, 일정한 0.5C되고 유동 - 0 %의 SoC에 정전압 방전 및 최대 배터리 체적 팽창 기록 비가역은 아래 도시 고속 충전 시스템 테스트 결과의 디자인을 가이드하는 데, 도면 우리 경향 충전 속도로 언급 될 수있다 SoC가 클수록 배터리의 최대 비가역적 체적 팽창이 커지므로 배터리의 용량 손실이 커집니다.
비가역 최대 체적 팽창을 최소화하기 프란츠 B. Spingler 구분 SoC를 0 내지 10 %의 범위 내에서 2.4C를 이용하여 충전 한 후 순차적으로 감소 된 것을 특징으로 충전 (도에 도시한다. C)이 최적화하여 충전 시스템 후에, 리튬 이온 전지의 충전 시간이 21 % (CC-CV 1C 레이트 비교 시스템)에서 가장 효율적으로 충전 시간을 단축함으로써 감소 될 수있다.
효율적으로 리튬 이온 전지의 사이클 수명을 향상 비가역 체적 팽창을 줄임으로써 최적화 체제 충전 최적의 충전 시스템을 사용하여 그래프 배터리 사이클 1C 및 1.4C 레이트 CC-CV 충전 시스템 배율 CC-CV 곡선 사이클 성능이 크게보기의 해부학 포인트 배터리의 결과, 대전 최적화에서, (200주 사이클 용량 손실을 16 %만큼 감소) 개선 된 후 충전 시스템 종래 CC-CV 곡선 최적화 된 전지에 비해 볼 수 세포 분석 시스템 비가역 리튬 후 음극이 크게 감소된다.
프란츠 B. Spingler는 리튬 이온 전지를 연구함으로써 인해 음극 비가역 분석 리튬 전지 비가역 체적 팽창, 전지의 용량 손실 간의 관계를 상이한 비율로 충전되어, 리튬 이온 전지의 용량 다운 감소 가속도 빠른 대전 결과의 원인을 밝혀 충전 시간이 21 %, 16 %의 용량 손실 (200 사이클)만큼 감소되도록 비가역 체적 팽창의 결과에 따라 서로 다른 충전율은, 상기 CC-CV는 1C 레이트 충전 시스템에 비해, 충전 시스템 최적화 개발 하였다.
