文学鑑賞 - リチウム イオン パウチ セルにおける の その場で ガス発生の研究のための装置

文献鑑賞 - リー -イオンポーチ セルにおける の -その場で ガス発生の研究のための装置

著者情報と記事の要約

カナダのダルハウジー大学の CP エイケン (筆頭著者) と JR ダーン (責任著者) は、三元電池セル システムの形成と初期充電を分析するために、リチウム イオン ソフトパック電池のその場ガス生成装置を紹介しました。放電プロセスにおけるガス生成の現象は、セルの体積変化に対するさまざまな電解質添加剤の影響を区別できます。  ;

測定原理

図 1. セル力の模式図

アルキメデスの浮力の法則とニュートンの定理：  ;

ここで、ρ は液体の密度、g は重力による加速度、V はセルの体積、フテンション は張力、天びんの質量を示します。

測定器

バッテリーセルをシリコンオイル液に吊るし、バッテリーコアの引張力を同時にテストし、バッテリーコアの正極タブと負極タブを マッコー シリーズ 4000 充電および放電装置に接続して、同期充電を実現します。そしてバッテリーの放電。試験環境温度は40.0±0.1℃です。

図 2. の -その場で 測定装置の物理図と回路図

図3 機器の無負荷騒音

結果分析

1.フィクスチャの影響

セル形成時の固定具の有無は、試験の再現性や体積変化の傾向に影響します。クランプ付きのバッテリーの場合、発生したガスは側面の空白のアルミニウム プラスチック フィルム バッグに押し込まれ、バッテリーの容量は明らかな減少傾向を示しませんが、クランプのないバッテリーで発生したガスはそのまま残ります。ポールピース。表面では、さらなる反応が起こり、細胞の体積が約 0.1 mL 減少します。したがって、実験中にフィクスチャの影響を考慮する必要があり、その後の実験はすべてフィクスチャなしで行われます。

図 4. セル電圧と体積に対するフィクスチャの影響

2.倍率の影響

リチウム調製の 4 つの充放電条件でのセル体積の変化を比較すると、最初の充電プロセスでセル体積が最大に達し、充放電時間が長くなるにつれて、全体のセル体積が減少傾向。これは、試験時間が長くなるにつれて、最初に発生したガスがさらに反応し、体積が減少するという事実に関連している可能性があります。さらに、「のこぎり」現象は、バッテリーの充電および放電プロセス中に見られます。これは主に、リチウムを放出するプロセスにおけるポールピースの膨張と収縮に関連しています。したがって、充放電信号をより多く見るためには、コアの充放電レートはＣ／３未満であることが好ましい。  ;

図 5. セルの電圧と体積に対する充放電速度の影響

3.水分と添加物の種類の影響

液体注入前にベアセルが十分な時間真空乾燥されているかどうかは、セルの含水量に影響を与える重要な要素です。VC 添加剤と VEC 添加剤のガス生成の違いを比較すると、セルが真空乾燥なしで水分を含む場合、成形中のガス生成は乾燥セルのガス生成よりも大きくなることがわかります。

VEC のみを含むセルは、最大量のガスを生成します。VC を含むセルは、電解液が空のバッテリーよりもガスの発生が少なくなります。VEC と VC を一緒に追加すると、セルのガス生成はブランク セルよりも少なくなります。以上のことから、VECは反応するとガスが多く発生しますが、再度VCを加えるとVECのガス発生反応が阻害されます。VC がガス生成を阻害する現象は、VC が ES およびその他の 11 の添加剤に添加された場合のセル形成プロセスでも発生します。さまざまな種類の添加剤のガス生成量曲線を比較することにより、適切な電解質添加剤を選別するためにも使用できます。

図 6. セル電圧と体積に対する添加剤の種類の影響

まとめ

この記事の の -その場で ガス生成監視デバイスは、形成段階でのセルの体積変化をリアルタイムで監視し、さまざまな添加剤のガス生成挙動を比較および分析できます。

1. フォーメーション電流は、装置の測定可能な誤差範囲内で、セルの最大総ガス生産量に大きな影響を与えません。

2.バッテリーセルのガス生成の大部分は、形成段階で発生します。充放電時間が長くなると、主に後続の反応でガスの一部が消費されるため、バッテリーセルの体積が徐々に減少します。

3.テストされた 14 種類の添加剤の中で、2% VC + 2% PES の組み合わせは、生成のガス生成を減らすための最良の組み合わせですが、VEC と ES は生成中にガスを生成せず、生成を遅らせます。セルの生産ガス開始時間。

IEST 関連のテスト機器の推奨事項

その場ガス生産量モニター：モデルGVM2200（IEST ）、テスト温度範囲20℃〜85℃、デュアルチャネル（2セル）同期テストをサポート、解像度1μL、長期安定性、同時に監視可能循環、貯蔵、過充電、過放電の条件下でセルが生成するガスの量は、材料とセルの研究開発に役立ちます!

R参照

CP エイケン 、JR ダーン 他 リチウム イオン パウチ セルにおけるその場でのガス発生の研究のための装置。J.エレクトロソク, 161(2014) A1548-A1554.