외부 전원 공급 장치가 리튬 이온 배터리로 충전 되 면 양극에 있는 전자-e가 양극으로 외부 회로를 통과 하 고 리튬-이온 Li +가 양극의 내부에서 전해질로 점프 하 고, ' 위로 등산 ' 다이어 프 램에 권선 되는 작은 기 공, ' 수영 '은 음극으로, 내부에 음극 활성 물질 입자가 들어 있습니다. 음극은 리튬 이온의 위치를 허용 하지 않는 경우, 리튬 이온은 양극 표면에 침전 될 것이 고, 다이어 프 라이트를 형성 하 고, 진동판을 관통 하 여, 배터리 내부의 단락을 초래 하 여, 열 폭주를 트리거링 한다.
따라서, 리튬 배터리 설계에서 양극은 종종 두 가지 측면을 포함 한 이러한 상황을 방지 하기 위해 과도 한 설계가 필요 합니다:
(1) n/p 설계, 즉 유닛 면적의 음의 용량을 포지티브 용량으로 하 여, np 비율은 일반적으로 1.1-1.5이 고, 음극은 특정 과량의 리튬 덴 드 라이트 강 수를 피하기 위해, 상기 물질 시스템의 설계에 따른 NP-특이 값은 고려 되지 않는다.
(2) 돌출부 설계, 돌출부의 음극 극 조각 길이 및 단면의 긍정 및 음의 극성 보다 더 많은 방향의 폭을 말한다. 설계의 2 가지 측면에서의 음의 과잉은 코팅 밀도 정확도, 기둥 조각의 크기 정확도, 셀 어셈블리 정확도와 같은 배터리 제조 엔지니어링 기능을 고려 하 여야 하며, 생산 정밀도 범위는 잉여 값을 보장 해야 합니다. 배터리 에너지 밀도와 비용 고려 사항에서 음의 과잉은 가능한 한 낮게 해야 합니다.
그러나, 실제 상황은 특히 복잡 하 고, n/p 설계 및 오버행 설계는 모두 종합적으로 각 측면 팩터를 고려할 필요가 있다. 따라서 오버행 디자인은 리튬이온 배터리의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
독일 레스터 대학의 팀 Daggera는 문제를 연구 하는 특별 한 실험을 했습니다.
다른 오버행 설계의 개략도 1. 도 1은 상이한 오버행 설계, 상기 표 1에 따라 여러 개의 배터리 들이 사이클 테스트를 할 수 있도록 한 다음, 극성 조각의 다른 단계 들에 대하여 ICP 테스트를 수행 하 고, 음극 전극 리튬 농도 분포를 연구 하였다.
표 1 SD는 정적 120h 배터리 자체 방전 실험 후 cccv 충전을 의미 하며, dcv는 0.05 c 정 전압 방전 테스트 후 일정 한 전력을 말한다.
표 1 배터리 주기 테스트 절차 도 2는 배터리의 제 1 효과 및 용량에 대해 오버행이 설계 된 효과로 서, 양극의 과잉 면적이 증가 함에 따라, 배터리의 첫 번째 영향이 감소 하 고, 따라서 배터리의 용량이 점차 감소 하 게 된다. 충전 과정에서 일부 리튬 이온이 음의 초과 영역으로 확산 되어 첫 번째 효과 및 용량의 감소가 발생 합니다. 7 차 충전 후, 배터리 용량은 더 감소 하 고, 자체 방전 용량 손실은 120h 이후 음극 크기의 초과 면적의 증가로 증가 한다.
그러나 후속 충 방전 주기에서는,도 3에 도시 된 바와 같이, 부분 용량은 다시 복원 될 수 있고, 음의 초과 영역은 용량 회수 주기 보다 더 크다.
그림 2, 배터리의 첫 번째 효과 및 용량에 대 한 돌출부 설계 효과
그림 3 다른 오버행 설계에 대 한 SD 및 dcv의 효과 상기 과정은도 4에 도시 된 바와 같이 자체 확산이 가능한 Li 이온으로 서, 자체 방전 된 정전기 시험을 충전 한 후, 양극 극에 있는 리튬 이온이 자기 확산을 발생 하 게 되는데, 전체 영역의 음극 극 조각에서 오버행 영역을 포함 하는 보다 균일 한 분포의 일부 리튬 이온이 오버행 영역으로 확산 되어 양극 오버랩 영역에서, 방전 후에는 오버행 영역에 있는 리튬 이온이 음극으로 남아 서 방전 용량을 감소 시킵니다.
다음 사이클에서, 오버행 영역에서의 잔류 리튬 이온은 애 노드 중첩 영역과 함께 기능 하도록 분산 되 고,도 3에 도시 된 바와 같이 용량이 회복 되 고, 8 사이클 후에 방전 용량은 충전 용량 보다 높다.
도 4의 음극 리튬 농도 분포: (a) 폴라 피스 개략도, (b) 전 하 상태 (자기 방전 실험), (c) 7 사이클 후의 방전 상태, (d) 후속 순환 방전 상태 오버행 영역에서 잔류 하는 리튬이온을 가속 시키기 위해 돌출 영역에서의 역할을 담당 하 고, 20 회 방전 시킨 후에 작은 전류 정 전압 방전을 하 고, 전기장의 작용 하에, 오버행 영역으로 리튬이온이 가속 된 확산 영역으로,도 3은 용량 복구가 보다 명백 하 게,
그리고 오버행 면적이 클수록 용량 복구가 더 커집니다.
표 2 다른 조건 하에서 오버행 영역의 리튬 농도 상기 결론을 확인 하기 위해, 저자 들은 표 2와 같이 음의 오버행 영역에서 리튬 농도를 시험 하는 ICP 테스트를 하였다. cc 방전 후 0.81 mg의 리튬 농도, 정적 120h 후의 자가 방전 및 cc 오버행 영역에서 리튬 농도가 0.98 mg이 고, 겹치는 영역에서 리튬이 오버행 영역으로 확산 되었음을 나타내는 경우,이 영역에서 잔류물을 방전 시킨 후.
방전 후에 일정 한 압력 방전이 오버행 영역에서 리튬 농도가 감소 하는 경우, 리튬 확산 백 중첩 부위가 역할을 하는 것을 나타내고,도 5에 도시 된 바와 같이 리튬 농도의 상세 분포를 나타내 었 다.
그림 5 음극 리튬 농도 분포: (a) 비 순환, (b) 방전 상태 6 사이클 (자기 방전 없음), (c) 방전 후 7 사이클 (자체 방전 실험 후), (d) 이후 20 사이클 방전 상태 (일정 압력 방전 시험 후) 결론: 오버행은 배터리의 전기 화학적 성능에 영향을 미칠 것 이며, 양극과 음극은 완전히 중첩 되 고, 오버행은 배터리 성능이 가장 좋은 것은 아니지만, 엔지니어링 정확성이 이러한 상황을 달성할 수 없기 때문에, 배터리는 리튬을 분석 하는 경향이 있다. 오버행은 리튬 이온의 확산으로 인해 용량 손실이 발생할 수 있으며, 특히 장시간 저장이 충전 상태에 있는 경우에는 더욱 그렇습니다.
