リチウムイオン電池に外部電源を投入すると、正極上の e-e が外部回路を介して陽極に流れ、リチウムイオン Li + は、正の活性物質粒子の内部から電解質に「飛び込む」、「上に登る」という小さな孔をダイヤフラムに巻きつけて、「遊泳」して負 内部の陽極活物質の粒子に。 陰極がリチウムイオンの位置を受け入れない場合、リチウムイオンは陽極表面に析出し、リチウムデンドライトを形成し、ダイアフラムを貫通し、その結果、バッテリ内部の短絡が発生し、熱暴走を誘発する。 したがって、リチウム電池の設計では、陽極は多くの場合、2つの側面を含むこのような状況を避けるために過度の設計する必要があります:
(1) n/p 設計、つまり前記正容量に対する単位面積の負容量の比は、np 比が通常 1.1 ~ 1.5 であり、負極がリチウムデンドライト析出を回避するために一定の余剰を有することを確保するため、材料系の設計に応じた np 固有の値は考慮されない。
(2) オーバーハング設計は、突出部の正極及び負極片以上の方向のカソードポールピース長及び幅を指す。
設計の2つの側面上の否定的な余分は生産の正確さの範囲のコーティングの密度の正確さ、棒の部分のサイズの精度、セルアセンブリの正確、のための電池の製造工学機能を考慮する必要がある否定的な余分を保障しなければならない。 バッテリのエネルギー密度とコストの考慮事項から、負の過剰はできるだけ低くする必要があります。 しかし、実際の状況は特に複雑であり、n/p 設計とオーバーハング設計は全て各アスペクトファクターを総合的に考慮する必要がある。
それでは、オーバーハングの設計はリチウムイオン電池の性能にどのような影響がありますか? ドイツのレスター大学のティム・ Daggera は、この問題を研究するための特別な実験をした。
図1異なるオーバーハング設計の概略図
図1は、異なるオーバーハングの設計であり、次に表1に従って、上記の複数の電池がサイクルテストを行うための手順に従い、次に極片の異なる段階に ICP 試験を行い、カソード電極リチウム濃度分布を検討する。 表 1 SD は、静120h 電池自己放電実験後の CCCV 電荷を意味し、DCV は 0.05 c 定電圧放電試験後に一定の電力を供給した。
表1電池サイクル試験手順
図2は、バッテリーの最初の効果と容量のオーバーハングの設計の効果は、陽極の過剰領域の増加に伴い、バッテリの最初の効果が低下するため、バッテリの容量が徐々に減少している。 充電プロセス中に、いくつかのリチウムイオンは、負の過剰領域に拡散し、最初の効果と容量の減少につながる。 第7充満の後で、電池容量は更に減り、120h の自己放電の後の陰極のサイズの余分な区域の増加と自己放電容量の損失は増加する。 しかし、その後の充放電サイクルにより、部分容量が再び回復することができ、負の過剰領域が大きくなり、容量回復サイクルがより多く回、図3に示すようになる。
図2バッテリの最初の効果と容量に対するオーバーハング設計の効果
図3異なるオーバーハングの設計における SD と DCV の効果
図4に示すように、リチウムイオンの自己拡散による上記のプロセスは、自己放電静置試験を充電した後、カソード電極リチウムイオンが自己拡散を生じ、オーバーハング領域を含むより均一な分布の全領域のカソードポール片において、陽極オーバーラップ領域からの一部のリチウムイオンがオーバーハング領域に広がり、 放電後は、オーバーハング領域にあるリチウムイオンが陰極に残存し、これにより吐出容量が低下する。 以下のサイクルでは、オーバーハング領域に残留したリチウムイオンが負極オーバーラップ領域と機能するように分散し、容量が回復すると、図3に示すように、8サイクル目以降は充放電容量が電荷容量よりも高くなる。
図4カソード電極リチウム濃度分布: (a) 極性片模式図、(b) 第7サイクル後の充電状態 (自己放電実験)、(c) 第7サイクル後の放電状態、(d) その後の環状放電状態
オーバーハング領域における残留リチウムイオンを加速させるために、重なり領域に役割を果たすために、20サイクルの放電と小電流の定電圧放電を行った後、電界の作用下で、リチウムイオンのオーバーハング領域が重なり領域への拡散を加速し、図3は、容量回復がより明らかになった後、 オーバーハングの面積が大きいほど、容量の回復が大きくなります。
表2異なる条件下におけるオーバーハング領域のリチウム濃度
以上の結論を確認するために、著者らは、表2に示すように負のオーバーハング領域におけるリチウム濃度を試験する ICP 試験を行った。 cc 放電後のリチウム濃度が 0.81 mg で、静120h 自己放電後の電荷と cc オーバーハング領域のリチウム濃度が 0.98 mg であれば、オーバーラップ領域からのリチウムがオーバーハング領域に広がることを示し、この領域では残渣を排出した後。 リチウム濃度が低下した一定圧力放電後の吐出面積が減少した場合には、リチウム拡散バックオーバーラップ領域が役割を果たしたことを示し、リチウム濃度は図5に示すように詳細な分布となる。
図5カソード電極リチウム濃度分布: (a) 非循環式、(b) 第6サイクル後の放電状態 (自己放電なし)、(c) 7 サイクル後の放電 (自己放電実験後)、(d) 20 サイクル後の放電状態 (定圧放電試験後)
結論: オーバーハングは、電池の電気化学的性能に影響を与える, 正と負の極が完全に重複している, ないオーバーハング設計されたバッテリ性能は最高です, しかし、エンジニアリングの精度は、このような状況を達成することができないため、, バッテリーは、リチウムの分析に オーバーハングは、リチウムイオンの拡散による容量の損失を引き起こす可能性があります, 特に長時間の貯蔵は、電荷状態で明らかである場合. 放電後、小さな電流と定電圧放電を加えると、オーバーハング領域の残留リチウムイオンが重なり合う領域に戻り、役割を果たすことができます。
