El problema de la producción de gas es muy común en las baterías de iones de litio que utilizan electrolitos líquidos. Por lo general, la producción de gas de las baterías de iones de litio se produce principalmente en dos etapas: en primer lugar, la etapa de formación, ya que Li + está continuamente incrustada en el electrodo negativo, el potencial del electrodo negativo disminuye gradualmente. Cuando el potencial negativo del electrodo cae a aproximadamente 1 V, los solventes como la EC en el electrolito y los aditivos en el electrolito, como VC, FEC, etc., comienzan a descomponerse de forma reductiva en la superficie del electrodo negativo para formar una película SEI conocida y producir CO, CO. 2, C2H4A la espera del gas, la batería de iones de litio empacada suave reservará la cámara de gas durante el proceso de producción y descargará el gas después de que se produzca el gas; la segunda etapa de producir más gas se debe principalmente al uso incorrecto de la batería de ión de litio debido al uso inadecuado. Al mismo tiempo, el electrolito líquido no solo sufre una descomposición reductora cuando el potencial es bajo, sino también una descomposición oxidativa en la superficie del electrodo positivo cuando el potencial es demasiado alto. Por ejemplo, previamente informamos que Y. Fernandes et al., De la National University of Orleans de Francia, mostraron que el litio está presente. El gas principal liberado durante la sobrecarga de la batería de iones contiene CO 2 (47%) , H2 (23%) , C2H4 (10%), CO (4.9%) y C 2H5F (4,6%) (¿Qué tipo de gas se genera en la batería de ión litio durante la sobrecarga?). Aunque está acompañado por la producción continua de gas durante el ciclo de la batería de ión litio, es más pequeño que la producción de gas en estas dos etapas. Más.
En general, creemos que la producción de gas es una "patente" de las baterías de iones de litio de electrolitos líquidos, mientras que las baterías de iones de litio que usan electrolitos sólidos no son fáciles de descomponer debido a la buena estabilidad de los electrolitos sólidos. No produce gas. Sin embargo, el estudio de Timo Bartsch (primer autor, autor correspondiente), Jürgen Janek (autor correspondiente) y Torsten Brezesinski (autor correspondiente) del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania mostró que los materiales de cátodos en capas de alto Ni La batería de estado sólido del sistema de electrolito sólido de tiofosfato seguirá produciendo CO después de que el voltaje de carga supere los 4.5 V 2Y o 2, Investigaciones posteriores indican CO 2Principalmente a partir de la descomposición del carbonato en la superficie del material del electrodo positivo, y O 2Se deriva principalmente de la descomposición de la fase en masa del material del cátodo con alto contenido de níquel.
En el experimento, Timo Bartsch usa NCM622 como material de electrodo positivo, β-Li 3PS 4Como un electrolito, con metales en y Li. 4Ti 5O12Como electrodo negativo. Todos sabemos que cuando el material NCM622 se expone al aire, reaccionará con la humedad y el CO del aire. 2La reacción ocurre, Li se forma en la superficie de las partículas. 2CO 3Para reducir las impurezas de carbonato en la superficie de las partículas, Timo Bartsch trató con calor el material NCM622 a 740 ° C durante 2 h en una atmósfera de oxígeno. La prueba de titulación mostró Li en la superficie del material NCM622. 2CO 3El contenido disminuyó de 0.09% a 0.03%, pero después de que el material NCM622 tratado y β-Li3PS4 forman una batería completa, la descomposición del electrolito sólido ocurrirá durante el primer proceso de carga, lo que causará que la polarización aumente durante el ciclo, por lo que Timo Bartsch considera NCM622 Li adecuado en la superficie del material 2CO 3Todavía es necesario estabilizar la interfaz. Por lo tanto, en los experimentos posteriores, se utilizó un método de trazador de isótopos para formar una capa de Li que contiene el 95% de 13C en la superficie de las partículas de NCM622. 213CO 3Capa (aproximadamente 0.72% en peso) utilizada para rastrear la fuente de gas en todas las baterías de estado sólido.
El material NCM622 marcado con isótopos se combina con un electrolito sólido para formar una batería similar a una hoja, que luego circula a 45 ° C, 2,9-5,0 V, con un pequeño aumento de C / 20, mientras se monitorea la generación de gas por espectrometría de masas. El metal In se probó como un electrodo negativo. Durante la primera carga y el proceso de descarga, la capacidad específica de carga del material NCM622 fue de 240 mAh / g, la capacidad de descarga fue de 204 mAh / gy la primera eficiencia fue del 85%. El principal gas producido durante el uso es H 2, CO 2Y o 2, donde h 2Simplemente produjo un pico muy agudo en el momento del encendido. El autor cree que esto se debe principalmente a la descomposición del agua residual en el sistema. 2Se genera en cada ciclo, cuando la tensión alcanza 4.5V en el primer ciclo, O 2Comience a liberar, cuando se alcanza el voltaje de corte más alto, O 2La cantidad de liberación se maximiza, seguido por varios ciclos de O 2La cantidad de producción se reduce significativamente. El autor cree que esto se debe principalmente a la descomposición y liberación de materiales de NCM en SoC alto. 2Causado por.
De CO 2En términos de liberación, después de un voltaje de 4.0V, aparece un pequeño pico de liberación, y luego comienza una gran cantidad de liberación después de que el voltaje llega a 4.5 V. Desde el espectro de masas, se puede ver el CO liberado. 2Isotope marcado 13CO 2, una pequeña cantidad de 12CO ordinario 2, que se genera a partir de la superficie de las partículas NCM622. 2CO 3Ingredientes (95% Li 213CO 3, 5% de Li ordinario 2CO 3Consistente, esto indica CO en una batería completamente sólida 2Li principalmente de la superficie de partículas de material NCM622 2CO 3Descomposición, con O 2Lo mismo en la primera carga y descarga de CO. 2La mayor cantidad de producción, CO en los próximos dos ciclos. 2La producción ha disminuido gradualmente, pero el autor también notó un detalle aquí, el CO detectado en los primeros tres ciclos. 2La cantidad total de gas es solo la superficie de las partículas de NCM622 Li 2CO 3La cantidad total es aproximadamente el 7%, lo que puede deberse a dos razones: primero, la velocidad de descomposición del carbonato en la batería completamente sólida es mucho más lenta, o el gas generado interactúa con el electrolito sólido, y se produce la adsorción física o la adsorción química. Sin embargo, en cualquier caso, la producción de gas de todas las baterías de estado sólido es mucho menor que la de las baterías de iones de litio con electrolito líquido, lo que es una clara ventaja de los electrolitos completamente sólidos.
El trabajo de Timo Bartsch nos ha hecho darnos cuenta de que incluso todas las baterías de estado sólido aún pueden enfrentar problemas de producción de gas, para materiales NCM622 y β-Li. 3PS 4Un sistema de batería completamente sólido que consta de un electrolito y un metal. Un electrodo negativo, que produce principalmente CO durante el ciclo. 2Y o 2Dos gases, de los cuales CO 2Li principalmente de la superficie de partículas NCM622 2CO 3Descomposición, O 2Principalmente a partir de la descomposición del material NCM622, que muestra que también debemos prestar atención al problema de producción de gas en el diseño de todas las baterías de estado sólido, para evitar el impacto del gas generado durante el ciclo en el rendimiento de la batería.
