Le problème de production de gaz est très courant dans les batteries lithium-ion utilisant un électrolyte liquide, qui se produit généralement en deux étapes: premièrement, la phase de formation, Li + étant noyé en permanence dans l'électrode négative, le potentiel de cette électrode diminue progressivement. Lorsque le potentiel d'électrode négative chute à environ 1 V, des solvants tels que EC dans l'électrolyte et des additifs dans l'électrolyte, tels que VC, FEC, etc., commencent à se décomposer par réduction à la surface de l'électrode négative pour former un film SEI bien connu et produire du CO, CO. 2, C2H4En attendant le gaz, la batterie lithium-ion souple réservera la chambre à gaz pendant le processus de production et déchargera le gaz une fois le gaz produit. Dans le même temps, l'électrolyte liquide subit non seulement une décomposition réductrice lorsque le potentiel est faible, mais également une décomposition oxydante à la surface de l'électrode positive lorsque le potentiel est trop élevé.Nous avons précédemment signalé que Y. Fernandes et ses collaborateurs de l'Université nationale d'Orléans de France avaient montré la présence de lithium. Le gaz principal libéré lors de la surcharge de la batterie ionique contient du CO 2 (47%) , H2 (23%) , C2H4 (10%), CO (4,9%) et C 2H5F (4,6%) (Quel type de gaz est généré dans la batterie lithium-ion lors d'une surcharge?). Bien qu'il soit accompagné d'une production de gaz continue pendant le cycle de la batterie lithium-ion, il est inférieur à la production de gaz à ces deux étapes. Plus.
De manière générale, nous pensons que la production de gaz est un "brevet" de batteries lithium-ion à électrolyte liquide, tandis que les batteries lithium-ion utilisant des électrolytes solides sont difficiles à décomposer en raison de la bonne stabilité des électrolytes solides. Pas de production de gaz, mais l'étude de Timo Bartsch (premier auteur, auteur correspondant), de Jürgen Janek (auteur correspondant) et de Torsten Brezesinski (auteur correspondant) de l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne a montré Une batterie entièrement solide de système à électrolyte solide au thiophosphate produira encore du CO après que la tension de charge dépasse 4,5 V 2Et O 2, Des recherches supplémentaires indiquent que le CO 2Principalement de la décomposition du carbonate à la surface du matériau de l'électrode positive, et O 2Il provient principalement de la décomposition de la phase en vrac d'un matériau à haute teneur en nickel pour cathodes.
Dans l'expérience, Timo Bartsch utilise le NCM622 comme matériau d'électrode positive, le β-Li 3PS 4En tant qu'électrolyte, avec les métaux In et Li 4Ti 5O12En tant qu’électrode négative, nous savons tous que lorsque le matériau NCM622 est exposé à l’air, il réagit à l’humidité et au CO présents dans l’air. 2La réaction se produit, Li se forme à la surface des particules 2CO 3Afin de réduire les impuretés carbonatées à la surface des particules, Timo Bartsch a traité thermiquement le matériau NCM622 à 740 ° C pendant 2 h dans une atmosphère d'oxygène.L'essai de titration a révélé une présence de Li à la surface du matériau NCM622. 2CO 3La teneur a diminué de 0,09% à 0,03%, mais après que le matériau NCM622 traité et le β-Li3PS4 forment une batterie complète, la décomposition de l'électrolyte solide se produira pendant le premier processus de charge, entraînant une augmentation de la polarisation pendant le cycle. Timo Bartsch considère donc le NCM622. Li approprié sur la surface du matériau 2CO 3Il est encore nécessaire de stabiliser l’interface, c’est pourquoi, dans les expériences suivantes, une méthode de traçage isotopique a été utilisée pour former une couche de Li contenant 95% de 13C à la surface des particules de NCM622. 213CO 3Couche (environ 0,72% en poids) utilisée pour suivre la source de gaz dans toutes les batteries à semi-conducteurs.
Le matériau NCM622 marqué par un isotope est combiné à un électrolyte solide pour former un accumulateur en forme de feuille, qui circule ensuite à 45 ° C, entre 2,9 et 5,0 V, à un faible grossissement de C / 20, tout en surveillant la génération de gaz par spectrométrie de masse. First Timo Bartsch Le métal In a été testé en tant qu'électrode négative.Au cours du premier processus de charge et de décharge, la capacité spécifique de charge du matériau NCM622 était de 240 mAh / g, la capacité de décharge était de 204 mAh / g et le premier rendement était de 85%. Le principal gaz produit lors de l'utilisation est H 2, CO 2Et O 2, où H 2L’auteur pense que c’est principalement dû à la décomposition des traces d’eau dans le système. 2Il est généré à chaque cycle, lorsque la tension atteint 4,5 V au premier cycle, O 2Commencez à relâcher, lorsque la tension de coupure la plus élevée est atteinte, O 2La quantité de rejets est maximisée, suivie de plusieurs cycles de O 2L’auteur est d’avis que, selon lui, le volume de la production est considérablement réduit en raison de la décomposition et de la libération de matériaux à fort pouvoir calorifique de NCM. 2Causé par.
De CO 2En termes de libération, après une tension de 4,0 V, un petit pic de libération apparaît, puis une grande quantité de libération commence lorsque la tension atteint 4,5 V. On peut voir le CO libéré dans le spectre de masse. 213CO marqué par isotope 2, une petite quantité de 12CO ordinaire 2, générée à partir de la surface des particules de NCM622 2CO 3Ingrédients (95% Li 213CO 3, 5% de Li ordinaire 2CO 3Cohérent, cela indique du CO dans une batterie entièrement solide 2Li principalement de la surface des particules de matériau NCM622 2CO 3Décomposition, avec O 2Idem lors de la première charge et décharge de CO 2La plus grande quantité de production, CO dans les deux prochains cycles 2La production a progressivement diminué, mais l'auteur a également noté un détail, le CO détecté au cours des trois premiers cycles. 2La quantité totale de gaz n’est que la surface des particules de Li NCM622 2CO 3La quantité totale est d'environ 7%, ce qui peut être causé par deux raisons: premièrement, le taux de décomposition du carbonate dans la batterie tout solide est beaucoup plus lent, ou le gaz généré interagit avec l'électrolyte solide et une adsorption physique ou chimique se produit. Cependant, dans tous les cas, la production de gaz de toutes les batteries à l'état solide est bien inférieure à celle des batteries lithium-ion à électrolyte liquide, ce qui constitue un avantage évident pour les électrolytes entièrement solides.
Les travaux de Timo Bartsch nous ont fait comprendre que même toutes les batteries à semi-conducteurs peuvent toujours rencontrer des problèmes de production de gaz, pour les matériaux NCM622 et le β-Li. 3PS 4Système de batterie tout solide comprenant un électrolyte et une électrode négative en métal, produisant principalement du CO pendant le cycle 2Et O 2Deux gaz dont CO 2Li principalement de la surface des particules de NCM622 2CO 3Décomposition, O 2Cela provient principalement de la décomposition du matériau NCM622, ce qui montre que nous devons également prêter attention au problème de production de gaz lors de la conception de toutes les batteries à semi-conducteurs, afin d’éviter les effets du gaz généré pendant le cycle sur les performances de la batterie.
