セルの過充電ガスに対する充電率の影響
電解質は、リチウム イオン電池の 4 つの主要な材料の 1 つです。リチウムイオン電池の過充電時のガス生成に重要な影響を与えます。適切な電解液配合を選択することで、サイクル中にバッテリーの セイ 損傷を継続的に修復し、電極を維持することができます。材料の構造的安定性により、セル容量と動的性能が維持されます。溶媒、リチウム塩、添加剤の観点から、使用中の電解液の安全性を向上させることは、電解液研究の重要な方向性です。電解質成分はそれぞれ電気化学反応電位を持っているため、この電位に達すると電気化学反応が起こり、同時に一定量のガスが発生し、セルの体積が膨張し、さらには爆発に至ります。1-3. 過充電するとバッテリーの電圧が高くなり、電解液中の溶媒や添加剤が分解してガスが発生する可能性が高くなりますが、充電速度が異なると、ガス発生の開始可能性とガス発生量に影響します。この論文では、コバルト酸リチウム/グラファイト電池（理論上の容量 1000mAh)、セルガス生成挙動を比較分析します。
図1。リチウムイオン電池の故障モードの模式図1
実験装置と試験方法
1.実験装置：モデルGVM2200（IEST ）、テスト温度範囲は20℃〜85℃で、デュアルチャンネル同期テストをサポートしています。装置の外観を図 2 に示します。
図 2.GVM2200 装置の外観
2. 試験方法: 最初にセル m の重さを量る0、テストするセルをデバイスの対応するチャネルに入れ、MISGソフトウェアを開き、各チャネルに対応するセル番号とサンプリング周波数パラメータを設定すると、ソフトウェアは自動的に体積変化を読み取り、温度、電流、温度などのデータをテストします。電圧、容量など。
リチウムイオン電池のガス発生挙動のその場モニタリング
充放電曲線と体積変化曲線の解析
セルの体積変化曲線、電圧および微分容量曲線を図 3(a)(b)(c)に示します。さまざまな充電レートを使用して、バッテリ セルを定電流で 5V まで過充電します。図 3(a) から、充電率が増加するにつれて、バッテリーが 5V まで過充電されると、対応する充電容量が減少し、0.5C と 1.0C に対応する体積変化曲線は、電圧が 5V に近くなり、ガスの生成が急激に増加します。図 3(b) の微分容量曲線から、充電速度の増加に伴い、位置①と②の 2 組の脱インターカレートされたリチウム ピーク位置が徐々に右に移動し、分極が徐々に増加することがわかります。図3(c)は、体積変化曲線を電圧で微分した後の曲線です。約 3 つのガス生成ピークがあることがわかりますが、2.0C と 3.0C の 2 つの曲線のセットでは、3 番目の位置に明らかなピークがほとんどありません。
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図 3. 4 つのレートでのバッテリ セルの充電および放電曲線 (a)。微分容量曲線 (b); 微分体積変化曲線 (c)
2. セル容量とガス電圧の分析
表 1 と図 4 は、バッテリの充電容量と、さまざまなレートでのガス生産曲線の変曲点電圧情報を示しています。充電速度が上がると、セルの充電容量は徐々に減少し、速度が2Cから3Cに増加すると、容量減衰の速度も増加します。セルのガス生成曲線から、0.5C の小さなレートでのガス生成は、1C を超えるレートに対応するガス生成よりも大幅に大きいことがわかります。容量減衰曲線とガス生成減衰曲線を比較して分析すると、充電速度の増加に伴い、セル容量の減衰の主な理由はガス生成の増加ではないことがわかります。細胞分極が増加する割合が増加したためである可能性があります。これにより、リチウムイオンの脱離がより困難になります。体積変化の微分曲線から、ガス生成ピークの 3 つのグループの対応する電圧が倍率の増加とともにすべて右にシフトすることがわかります。倍率が 3.0C の場合、3 番目のガス生成ピークは現れません。これは、バッテリー セルの分極が増加すると、電解質成分の分解電圧が上昇し、セル全体でのガス生成が減少することを示しています。
表 1. さまざまな倍率に対応するセルの充電容量とガス生成に関する情報
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図 4. さまざまな倍率での容量、ガス生成、ガス生成電圧の分析曲線
まとめ
この論文では、温度制御可能なデュアル チャネルのその場ガス生成量モニターを使用して、さまざまな過充電条件下でのリチウム イオン セルのガス生成挙動を監視します。充電速度が上がると、セルの容量が減少することがわかります。ガス生成が減少し、ガス生成の初期電圧が増加します。その後のガス生成成分の定性分析を組み合わせて、さまざまな溶媒と添加剤の種類と内容がバッテリーセルの過充電に及ぼす影響をさらに調査し、研究開発担当者がより安全で信頼性の高い電解質システムを開発するのに役立ちます。
参考文献
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3.ランドルフ・A・ライシング。リチウムイオン電池の乱用試験 - LiCoO2ﾕ黒鉛セルの過充電反応の特性評価。ジャーナル の の 電気化学 社会 、148(8):A838-A844 (2001)。