Wenn eine externe Stromversorgung zu einem Lithium-Ionen-Akku aufgeladen wird, läuft das E-E am positiven Pol durch einen externen Kreislauf zur Anode, und das Lithium-Ionen-Li + "springt" in den Elektrolyt aus dem Inneren der positiven Wirk Stoff Partikel, "klettert über" die kleinen Poren, die sich auf dem Zwerchfell wickeln, In die Anode Wirk Stoff Partikel im Inneren. Wenn die Kathode die Position von Lithium-Ionen nicht akzeptiert, werden Lithium-Ionen auf der Anoden Oberfläche ausgesaugt, die Lithium-dendrite bilden, die Membran durchbohrt, was zu einem Kurzschluss in der Batterie führt, der thermische Runaway auslöst.
Daher muss die Anode im Lithium-Akku-Design oft übermäßiges Design sein, um eine solche Situation zu vermeiden, darunter zwei Aspekte:
(1) n/p-Design, das heißt, das Verhältnis der negativen Kapazität des Einheits Bereiches zur positiven Kapazität, das NP-Verhältnis beträgt in der Regel 1,1-1,5, um sicherzustellen, dass die negative Elektrode einen gewissen Überschuss hat, um Lithium-dendrite-Niederschläge zu vermeiden, werden NP-spezifische Werte nach der Gestaltung des Material Systems nicht berücksichtigt.
(2) Überhang Design, Überhang bezieht sich auf die Kathoden Pole Stück Länge und Breite der Richtung von mehr als positiven und negativen polaren Stücken des Abschnitts. Negativer Überschuss über zwei Aspekte des Designs muss die Batterie-Herstellung Engineering-Fähigkeiten, wie Beschichtung Dichte Genauigkeit, Pole Stückgröße Genauigkeit, Zell Montagegenauigkeit, in der Produktion Genauigkeit Bereich muss sicherstellen, dass der negative Überschuss zu berücksichtigen. Von der Akku-Energiedichte und Kostenüberlegungen sollte der negative Überschuss so gering wie möglich sein.
Die tatsächliche Situation ist jedoch besonders komplex, das n/p-Design und das Überhang-Design müssen jeden Aspekt-Faktor umfassend berücksichtigen. Welche Auswirkungen hat der Überhang-Design auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien?
Tim Daggera von der Universität Leicester, DeutschLand, hat ein spezielles Experiment durchgemacht, um das Problem zu untersuchen.
Abb. 1 Schematische Darstellung verschiedener Überhang Gestaltung Abbildung 1 ist ein anderes Überhang-Design, und dann nach Tabelle 1 Verfahren für die oben genannten mehrere Batterien, um Zyklus Tests zu tun, und dann auf die verschiedenen Stadien des Polar Stücks, um ICP-Test zu tun, untersuchen Sie die Kathoden-Elektroden Lithium-Konzentrations Verteilung.
Tabelle 1 SD bedeutet CCCV-Ladung nach dem statischen 120h-Akku-Selbstentladung-Experiment, DCV sagte Konstante Leistung nach dem 0,05 C Konstanten Spannungs Entladungs Test.
Tabelle 1 Batterie Zyklus-Testverfahren Abbildung 2 ist der Effekt des Überhang Designs auf die erste Wirkung und Kapazität der Batterie, mit dem Anstieg der über Fläche der Anode, die erste Wirkung der Batterie sinkt, so dass die Kapazität der Batterie nach und nach reduziert wird. Während des Ladevorgangs diffundieren einige Lithium-Ionen in den negativen Überschuss Bereich, was zu einer Abnahme der ersten Wirkung und Kapazität führt. Nach der 7. Ladung wird die Batteriekapazität weiter reduziert, und der Verlust der Selbstentladung steigt mit der Erhöhung der Überschuss Fläche der Kathoden Größe nach 120h Selbstentladung.
AllerDings kann der anschließende Lade-und Entlastungs Zyklus, die Teil Kapazität wieder hergestellt werden, der negative Überschuss Bereich größer sein, der Kapazitäts Rückgewinnungs Zyklus mehr Zeiten, wie in Abbildung 3 gezeigt.
Abbildung 2 Effekt des Überhang Designs auf Batterie erste Wirkung und Kapazität
Abbildung 3 die Effekte von SD und DCV auf verschiedene Überhang Konstruktionen Der obige Prozess mit der selbst-Diffusion von Li-Ion, wie in Abbildung 4 gezeigt, nach dem Aufladen der Selbstentladung statische Test, Kathode-Elektroden Lithium-Ionen auftreten selbst Diffusion, in der Kathoden Pol Stück des Gesamtbereichs der gleichmäßigeren Verteilung, einschließlich der Überhang-Region, einige der Lithium-Ionen aus der Anode überlappen Nach der Entladung bleiben die Lithium-Ionen im Überhang Bereich in der Kathode, was die Entladekapazität reduziert.
Im folgenden Zyklus werden die restlichen Lithium-Ionen im Überhang Bereich verteilt, um mit der Anoden Überlappungsregion zu funktionieren, und die Kapazität wird wieder hergestellt, wie in Abbildung 3 gezeigt, nach dem 8. Zyklus ist die Entladekapazität höher als die Ladungskapazität.
Abbildung 4 Kathoden-Elektrode Lithium-Konzentrations Verteilung: (a) Polar Stück schematische Darstellung, (b) der 7. Zyklus nach dem Zustand der Ladung (Selbstentladung Experiment), (c) der 7. Zyklus nach dem Entlastungs Zustand, (d) der nachfolgende zyklische Entlastungs Zustand Um die verbliebenen Lithium-Ionen in der Überhang Region zu beschleunigen, um eine Rolle in der Überlappungsregion zu spielen, nach 20 Entladezyklen und einer kleinen stromkonstanten Spannungs Entladung, unter der Wirkung des elektrischen Feldes, beschleunigte die Überhang Region des Lithium-Ionen die Diffusion in die Überlappungsregion, Abbildung 3, nachdem die Kapazitäts Erholung offensichtlicher ist
Und desto größer der Bereich des Überhangs, desto mehr Kapazitäts Erholung.
Tabelle 2 Lithium Konzentrationen in Überhang Regionen unter unterschiedlichen Bedingungen Um die obigen Schlussfolgerungen zu bestätigen, haben die Autoren einen ICP-Test durchgemacht, um die Lithium-Konzentration in der negativen Überhang Region zu testen, wie in Tabelle 2 gezeigt. CC-Entladung nach der Lithium-Konzentration von 0,81 mg, wenn die Ladung nach der statischen 120h Selbstentladung und CC-Überhang Bereich Lithium-Konzentration von 0,98 mg, was darauf hindeutet, dass das Lithium aus dem Überlappungsbereich auf die Überhang-Region verteilt, nach der Entladung Rückstände in diesem Bereich.
Wenn die Entladung nach dem konstanten Druck Entlastungs Überhang Bereich die Lithium Konzentration verringerte, was darauf hindeutet, dass die Lithium-Diffusion-Rücken Überlappungsregion eine Rolle spielte, die Lithium-Konzentration Detail Verteilung, wie in Abbildung 5 gezeigt.
Abbildung 5 Kathoden-Elektrode Lithium-Konzentrations Verteilung: (a) nicht zirkulierende, (b) Entlade Status nach dem 6. Zyklus (keine Selbstentladung), (c) Entladung nach dem 7. Zyklus (nach dem Selbstentladung-Experiment), (d) nach dem 20. Zyklus-Entladezustand (nach dem Test der konstanten Druck Entladung) Fazit: Überhang wirkt sich auf die elektrochemische Leistung von Batterien aus, die positiven und negativen Pole sind völlig überlappend, keine Überhang gestaltete Batterieleistung ist die beste, aber weil die technische Genauigkeit diese Situation nicht erreichen kann, ist die Batterie anfällig für die Analyse von Lithium. Überhang kann durch die Diffusion von Lithium-Ionen zu einem Kapazitätsverlust führen, vor allem, wenn im Ladungs Zustand eine längere Lagerung erkennbar ist.
