Tengo un sueño: '¡Algún día puedo diseñar una batería de iones de litio con carga rápida, alta energía específica y características de larga duración!'. En el estado actual de la tecnología, estas características son difíciles de lograr al mismo tiempo. los diseñadores son muy conscientes de la carga rápida de la batería de iones de litio tendrá graves repercusiones en la vida de una batería de iones de litio, a menudo porque Li + en grafito electrodo negativo flash de celosía tiene incrustado el estrés mecánico severo cuando un material de grafito en, haciendo que el material del electrodo negativo de grafito problemas de delaminación y la rotura de las partículas, además de rápida velocidad de la carga o la carga de la temperatura de la batería es demasiado bajo puede causar la precipitación adicional de metal de Li en la superficie del electrodo negativo, que puede conducir a la pérdida irreversible de la capacidad de la batería de iones de litio, la disminución de la vida de ciclo hacia abajo.
Más alta que la energía de la batería, lo que reduce el tiempo de carga de la batería es una las cosas aún más difíciles. Para resolver este problema Franz B. Universidad Técnica Spingler de Munich, Alemania y otros análisis analítico de la batería de litio irreversible volumen irreversible negativo La relación entre la expansión y la pérdida de capacidad de la batería se basa en el diseño de una batería de alta energía con un sistema de carga rápida. En comparación con la carga constante de voltaje constante de corriente constante de 1C, este sistema puede reducir el tiempo de carga en un 11% 16% de disminución en la capacidad (200 ciclos).
Se utilizó en el experimento NCM / grafito capacidad de la batería paquete blando es 3.3Ah, las características básicas de la batería se muestran en la tabla siguiente, la batería se coloca en la incubadora, el láser sería grosor a lo largo de la longitud de toda la batería de carga y proceso de descarga La dirección del espesor de su medición continua y el uso del sensor de temperatura infrarrojo para rastrear la temperatura de la superficie de la batería de ion de litio cambia (como se muestra a continuación).
Franz B.Spingler analizó el efecto de la temperatura sobre la batería hinchazón características de la batería de iones de litio cuando se devolvió la temperatura de 0 ℃ a 45 ℃, la tasa promedio para toda la expansión de las células era 1.2um / ℃, b de la figura también podemos observar que la totalidad expansión de la batería no es uniforme, bordes de la expansión celular a un número grande, el rango de la velocidad de expansión de la célula local a 3.4um / ℃ de 0.6um / ℃, coeficiente de coeficiente de expansión se vuelve equivalente a 1,2 x10-4 / ℃ a 7.0x10-4 / ℃, el promedio de 2.5x10-4 / ℃. la razón principal para medir la temperatura debido a la expansión de la batería de iones de litio es una batería de iones de litio porque puede producirse la temperatura durante el aumento de carga, lo que causará la expansión de la batería de iones de litio, es necesario La expansión de la temperatura está separada de la expansión general de la batería de iones de litio.
La siguiente figura muestra la expansión del volumen de la caja respectivamente proceso 0.5C, 1.0C, 1.5C y tasa 2C CC-CV de carga, en el que la línea celular es la curva de expansión obtenido por curvas de medición directas, la línea sólida es el factor de expansión debido a la temperatura deducirse, curva de expansión celular. podemos observar cuando una gran corriente (1.5C y 2.0C) de carga de la batería por la carga de corriente constante a tensión constante de carga en el, hinchazón temprana de la batería comenzó un pico de expansión (overshoot), y luego Caída y desaparición antes de la carga de voltaje constante. Primero observamos la carga de 2.0 C. Este sobrevoltaje de expansión de volumen alcanza aproximadamente 40um, que representa el 25% de la expansión de volumen total de la batería SoC del 0-100%. estrechamente relacionada con la magnitud de pico de velocidad de carga de la batería, la altura de este pico está en 1.5C a 25 um, y 0.5C, y la expansión tasa 1C se produce sin este pico. Franz B. Spingler parece que la razón principal de este pico se puede ampliar Es durante el proceso de carga rápida que el Li de metal precipita en la superficie del electrodo negativo y se vuelve a incrustar en el electrodo negativo de grafito al final de la carga de voltaje constante.
Si el pico debido a la hinchazón de la batería superficie del electrodo negativo análisis de litio, Li metálico continuación, volver a insertar en el interior del proceso de ánodo producirá una curva de tensión en el Internet, por lo que Franz B. Spingler Para verificar la hipótesis anterior es correcta, la batería será diferente cuando la carga hasta el 90% (máximo del pico de volumen de expansión) bajo ampliación de la interrupción, y luego registrar el cambio en el voltaje de la batería (que se muestra a continuación), desde la izquierda CC-CV, podemos ver las curvas de tensión, 0.5C y velocidad de carga 1.0C voltaje de la batería disminuye rápidamente después de la suspensión de la carga, y la velocidad de carga en la carga se interrumpe, la caída de tensión en el proceso de que había una meseta de tensión claro por encima de la 1.5C batería, la carga 2.0C y especialmente a la tasa de 2,5C de la batería meseta de tensión es muy obvio. esto indica que con el aumento de la tasa de carga, el Li fenómeno superficie del electrodo negativo metal precipitado se hace más evidente, sino también que la expansión de volumen pico se produce en la batería de iones de litio durante alta corriente de carga y la superficie del electrodo negativo de litio estrechamente Análisis las relaciones.
La expansión de volumen de la batería de iones de litio producido durante el proceso de carga no todos son reversibles, la figura muestra la pérdida de capacidad por ciclo de la batería a diferente velocidad de carga diferente, la expansión promedio en volumen irreversible y la expansión de volumen máximo irreversible. Nos partir de la figura Tomando nota de la batería la expansión de volumen irreversible y la pérdida de capacidad de la batería tiene una fuerte cálculos de correlación muestran que el promedio irreversible relacionado con la expansión de volumen y pérdida de la capacidad de la batería es 0,945, y el máximo irreversible relacionado con la expansión de volumen y pérdida de la capacidad de la batería tan alto como 0.996.
Franz estudio B.Spingler encontró que la expansión de volumen irreversible de la célula de la batería en los bordes tienden a ser más graves, con el fin de explicar este fenómeno, Franz B. Spingler se cobrará a la tasa 0.5-2.0C batería fueron disecados a continuación muestra dos electrodo negativo después de la disección de la figura de una podemos ver la posición del borde celular es a menudo la expansión de volumen irreversible es más grave, la superficie del electrodo negativo de la batería después de la disección encontramos exactamente cuando hay una deposición significativa de metales Li en estos lugares. esto indica que expansión de volumen y la pérdida de capacidad irreversible de la batería y Li metálico está estrechamente relacionada con la deposición en la superficie del electrodo negativo.
A partir del análisis anterior podemos ver, el electrodo negativo de metal irreversible deposición Li superficie, la expansión de volumen irreversible y la pérdida de capacidad de la célula de la batería están estrechamente relacionados, lo que hemos diseñado una batería de iones de litio sistema de carga rápida para evitar el electrodo negativo irreversible deposición de metal de Li. con el fin de diseñar una carga rápida, el sistema de carga de la vida de la batería mientras se evita la descomposición rápida, las baterías de Franz B. Spingler se cargan usando un aumento de 0.5-3.0C a 10-100% SoC, y la 0.5C constante flujo - descarga de voltaje constante a 0% SoC, y la irreversible grabación de la expansión de volumen máximo de la batería, y se utiliza para guiar el diseño de los resultados de prueba del sistema de carga rápida se muestra a continuación, se pueden observar a partir de la figura que una tendencia a que la tasa de carga el más grande, superior final SoC, entonces la batería mayor será la máxima expansión de volumen irreversible, lo que significa mayor es la pérdida de la capacidad de la batería.
Para minimizar la expansión de volumen máximo irreversible, Franz B. Spingler manera en la que la carga usando 2.4C dentro del intervalo de 0-10% SoC, y después se redujo secuencialmente carga a trozos (como se muestra en la Fig. C), esta optimización por después de que el sistema de carga, el tiempo de carga de la batería de iones de litio se puede reducir en un 21% (CC-CV 1C sistema de comparación tasa) el reducir más eficazmente el tiempo de carga.
Carga de régimen optimizado mediante la reducción de la expansión de volumen irreversible, la mejora efectiva de la vida de ciclo de las baterías de iones de litio, el gráfico utilizando el sistema de carga optimizada, la curva CC-CV magnificación sistema 1C ciclo de la batería y la tasa de 1.4C CC-CV de carga puede verse en comparación con el sistema de carga después de que el rendimiento del ciclo ha sido mejorada significativamente (200 semanas ciclo, la pérdida de capacidad se reduce en 16%), desde el punto de vista anatómico los resultados de la batería, la optimización de carga de batería curva CC-CV convencional optimizado Después del sistema, el litio irreversible del ánodo de la batería también se reduce significativamente.
Franz B. Spingler mediante el estudio de la batería de iones de litio se carga a diferentes velocidades debido a la batería de litio análisis irreversible la expansión de volumen irreversible electrodo negativo, la relación entre la pérdida de capacidad de la batería, y revela la razón de los resultados de carga rápida en una capacidad de la batería de iones de litio declinar abajo aceleración y diferente velocidad de carga de acuerdo con el resultado de la expansión de volumen irreversible, desarrollada optimizado sistema de carga, en comparación con el CC-CV de carga 1C sistema de tipo, de modo que el tiempo de carga se reduce en 21%, la pérdida de capacidad de 16% (200 ciclos).
