Lorsqu'une alimentation externe est chargée sur une batterie au lithium-ion, le E-E sur le pôle positif passe par un circuit externe à l'anode, et le lithium-ion Li + est «sauter dans» l'électrolyte de l'intérieur de la substance active positive particules, «grimper sur les petits pores qui sont enroulement sur le diaphragme, «natation» à la négative, Dans les particules de substance active d'anode à l'intérieur. Si la cathode n'accepte pas la position des ions lithium, les ions lithium seront précipités sur la surface de l'anode, formant le dendrite au lithium, perceront le diaphragme, entraînant un court-circuit à l'intérieur de la batterie, déclenchant une fugue thermique.
Par conséquent, dans la conception de la batterie au lithium, l'anode souvent besoin d'être une conception excessive pour éviter une telle situation, y compris deux aspects:
(1) conception n/p, c'est-à-dire, le rapport de la capacité négative de la zone unitaire à la capacité positive, le rapport NP est généralement 1,1-1,5, pour s'assurer que l'électrode négative a un certain excès pour éviter les précipitations dendrite au lithium, les valeurs NP-spécifiques conformément à la conception du système de matériaux n'est pas considéré.
(2) la conception de surplomb, le surplomb fait référence à la longueur et à la largeur de la pièce de poteau de cathode de la direction de plus que les morceaux polaires positifs et négatifs de la section. L'excédent négatif sur deux aspects de la conception doit considérer les capacités d'ingénierie de fabrication de batterie, telles que la précision de densité de revêtement, précision de taille de morceau de poteau, exactitude d'assemblage de cellules, dans la gamme de précision de production doit s'assurer que l'excédent négatif. De la densité d'énergie de batterie et des considérations de coût, l'excédent négatif devrait être aussi bas que possible.
Cependant, la situation réelle est particulièrement complexe, la conception n/p et la conception de surplomb tous doivent considérer chaque facteur d'aspect de manière exhaustive. Ainsi, quel effet la conception de surplomb ont-elles sur la performance des batteries au lithium-ion?
Tim Daguea de l'Université de Leicester, en Allemagne, a fait une expérience spéciale pour étudier le problème.
Fig. 1 schéma schématique de la conception différente de surplomb La figure 1 est une conception différente de surplomb, et puis selon le tableau 1 procédures pour les batteries ci-dessus plusieurs pour faire l'essai de cycle, et puis aux différentes étapes de la pièce polaire pour faire le test de pic, étude la distribution de concentration de lithium d'électrode de cathode.
Tableau 1 SD signifie CVCC charge après l'expérience 120h statique de l'auto-décharge de la batterie, DCV dit puissance constante après l'essai de décharge de tension constante 0.05 C.
Tableau 1 procédure d'essai du cycle de batterie La figure 2 est l'effet de la conception de surplomb sur le premier effet et la capacité de la batterie, avec l'augmentation de la surface excédentaire de l'anode, le premier effet de la batterie diminue, ainsi la capacité de la batterie est graduellement réduite. Pendant le processus de charge, quelques ions de lithium diffusent dans la zone excédentaire négative, entraînant une diminution du premier effet et de la capacité. Après la 7e charge, la capacité de la batterie est encore réduite, et la perte de capacité d'auto-décharge augmente avec l'augmentation de la surface excédentaire de la taille de la cathode après 120h auto-décharge.
Toutefois, le cycle de charge et de décharge subséquente, la capacité partielle peut être restaurée à nouveau, la zone excédentaire négative est plus grande, le cycle de récupération de la capacité plus de fois, comme le montre la figure 3.
Figure 2 effet de la conception de surplomb sur la batterie premier effet et capacité
Figure 3 les effets de SD et DCV sur différentes conceptions de surplomb Le processus ci-dessus avec l'auto-diffusion de Li-ion, comme le montre la figure 4, après avoir chargé le test statique à décharge automatique, les ions lithium des électrodes cathodiques se diffusent à l'auto-diffusion, dans la partie polaire de la zone globale de la distribution plus uniforme, y compris la région à surplomb, une partie de l'ion lithium de la zone de chevauchement de l'anode s'est propagée à la Après le déchargement, les ions de lithium dans la zone de surplomb restent dans la cathode, ce qui réduit la capacité de décharge.
Dans le cycle suivant, les ions lithium résiduels dans la zone de surplomb sont dispersés pour fonctionner avec la région de chevauchement d'anode, et la capacité est restaurée, comme illustré à la figure 3, après le 8e cycle la capacité de décharge est supérieure à la capacité de charge.
Figure 4 distribution de la concentration au lithium de l'électrode cathodique: (a) diagramme schématique de la pièce polaire, (b) le 7e cycle après l'état de charge (expérience d'auto-décharge), (c) le 7e cycle après l'état de décharge, (d) l'état de décharge cyclique subséquent Afin d'accélérer les ions de lithium résiduels dans la région de surplomb pour jouer un rôle dans la région de chevauchement, après 20 cycles de décharge et une faible décharge de tension constante de courant, sous l'action du champ électrique, la région de surplomb de l'ion de lithium a accéléré la diffusion dans la région de chevauchement, figure 3, après que le rétablissement de capacité soit plus évident,
Et plus la zone de surplomb est grande, plus la récupéra tion de Capa cités.
Tableau 2 concentrations de lithium dans les régions à surplomb dans des conditions différentes Pour confirmer les conclusions ci-dessus, les auteurs ont fait un test ICP pour tester la concentration de lithium dans la région du surplomb négatif, comme le montre le tableau 2. Décharge CC après la concentration de lithium de 0,81 mg, si la charge après l'autodécharge statique 120h et la concentration de lithium de la zone de surplomb de CC de 0,98 mg, indiquant que le lithium de la zone de chevauchement s'est propagé à la région de surplomb, après résidu de décharge dans cette zone.
Si le déchargement après la zone de dépassement de débit de pression constante, la concentration de lithium a diminué, ce qui indique que la région de chevauchement de la diffusion du lithium a joué un rôle, la distribution détaillée du lithium, comme le montre la figure 5.
Figure 5 distribution de concentration au lithium de l'électrode cathodique: (a) non circulant, (b) État de décharge après le 6e cycle (pas d'autodécharge), (c) décharge après le 7e cycle (après l'expérience d'auto-décharge), (d) après l'état de décharge du 20e cycle (après l'essai de décharge à pression constante) Conclusion: le surplomb affectera la performance électrochimique des batteries, les poteaux positifs et négatifs se chevauchent complètement, aucune performance de la batterie conçue par surplomb est le meilleur, mais parce que la précision d'ingénierie ne peut pas réaliser cette situation, la batterie est sujette à l'analyse du lithium. Le surplomb peut causer une perte de capacité due à la diffusion des ions de lithium, particulièrement si le stockage prolongé est évident dans l'état de charge.
