リチウムイオンパウチセルの非破壊リチウム分析、レートウィンドウ

リチウムイオン電池の幅広い用途に伴い、最終顧客もリチウムイオン電池の急速充電性能に対する要求をますます高めています。しかし、リチウム電池の急速充電性能をやみくもに向上させると、ある程度の安全上のリスクが生じます。その中で最も深刻な結果は、一方ではリチウムの析出が発生し、容量の損失が発生することです。ダイアフラムを突き刺すときのプラスとマイナスの電極の短絡の可能性があります。バッテリーアナライザーがリチウムかどうかを評価するにはどうすればよいですか? 従来の方法は、バッテリーセルを分解してバッテリーセルのリチウム分析ウィンドウを迅速に決定する方法です。&注意;

満充電したセルを分解することにより、負極リチウム堆積物の負極表面に灰色と白があるかどうかを肉眼で観察できます。ただし、この分解方法は現場で行わない方法です。操作が面倒な一方で、おおよそのリチウム分析率や温度しか判断できず、比率、電圧、容量、温度などの電池の正確なリチウム分析ウィンドウを取得することはできません。およびその他の包括的な情報。この論文では、その場膨潤分析装置 (スウェーデン) を使用して、さまざまな比率でのリチウム析出の潜在的なウィンドウを定量的に評価し、研究者がさまざまな比率での急速充電戦略を開発するための新しい方法を提供します。

図 1. リチウムの原因とリスクの分析¹

試験情報

1.試験装置：現場膨潤分析装置モデルSWE2100は、図2に示すように、5〜10,000Nの圧力範囲を適用でき、-20℃〜80℃の温度を制御できます。

&注意;図 2. の-現場 膨潤分析装置の概略図

2. テストパラメータ

2.1 セル情報を表 1 に示します。

表 1. セル情報

2.2 試験プロセス：高温および低温ボックスのその場膨潤分析装置の試験チャンバーに入れ、温度を5℃に設定し、セルの充電率を0.2C、0.5C、0.8C、1.0C、1.5に調整します。 Ｃ、カットオフ電流０．０５Ｃ、放電電流２Ａ。その場で開ける腫れ細胞を監視するアナライザー腫れ厚み変化曲線（5kg定圧モード）も同時に表示。

私結果の解釈

周囲温度 5℃ で、ソフトパックセルは 5 つの異なる比率、充電変化曲線、およびその場で充填されます。腫れ厚さ変化曲線を図 3 に示します。0.2C、0.5C、0.8C、1.0C、1.5C の最大厚さは 58.7m、60.0m、62.4m、67.4m、87.1m、腫れ金利はそれぞれ1.82%、1.86%、1.92%、2.09%、3.75%です。と比較して、腫れ曲線では、1.0C と 1.5C の比率曲線は他の 3 つの曲線、特に傾きが大きく異なります。腫れ高SOC状態での厚さ。1.0C 比率はわずかにリチウムであり、1.5C 比率はかなりリチウムであると予備的に疑われます。

図 3. 異なる比率の充電曲線と厚さ変化曲線

図 4 に示すように、さまざまな温度での微分容量曲線をさらに分析しました。図からわかるように、0.2C、0.5C、0.8C に対応する微分容量曲線のピーク位置は、温度の変化と同期しています。厚さ腫れこれは、セルの充電プロセスの厚さの変化が正極材料と負極材料の相変化によって引き起こされることを示しています。倍加率が増加すると、位相変化のピークは右に移動し、分極が増加していることを示します。微分容量の容量曲線の傾きが他とは明らかに異なります。&注意;

図 5 に示すように、1.0C および 1.5C x 厚さであることも明らかです。腫れカーブが他のトリックスの厚さから分離し始めます腫れSOC が約 15% のときに曲線が表示されます。これは、試験比が増加するにつれてセルの分極が増加し、負極表面にリチウムが析出し、厚みの増加が促進されるためと考えられます。腫れ。セルにリチウム分析があるかどうかを確認するには、分解後のマイナス面の色を観察します (図 6)。1.5C レートの完全充電、極の表面はすべて灰白色、1.0C 回の満充電、極の表面部分は灰白色で、両方の程度が異なることを示しています。リチウム分析の結果、充填負極下の 0.8C レートは黄金色で、リチウム現象はありません。これは厚さからの結論と一致しています。腫れ曲線。

図 4. 微分容量と充電セルの厚さの変化曲線

図 5. 細胞厚膨潤曲線と微分曲線

図 6. 電池の完全充電と分解写真

リチウム分析の位置をさらに検証するために、厚さの変曲点の前後の短い時間でそれぞれ異なる乗数カスケード充電実験を 2 セット実施しました。腫れ曲線: 1 組のセルは 0.5C、1.0C から完全充電後約 15.7%SOC、0.5C で使用、もう 1 組のセルは 1.5C から完全充電後約 27.4%SOC (図 7)。セルをそれぞれ分解した後、27.4%SOC アノードの表面にわずかなリチウムの析出が見つかりましたが、15.7%SOC ではリチウム析出のない黄金色ではありませんでした。これは、1C乗数で充電した場合のリチウム析出スポットがS OC と15.7%と27.4%の間で発生することを示しています。図 5 と比較すると、1.0C 時の対応する S OC 位置と基本的に一致しています。腫れ勾配曲線が分岐し始めます。

図 7. セルのラダー比充電曲線と分解写真

まとめ

この論文は現場で使用されています腫れLCO システムセル用の分析装置 (スウェーデン)、同じ温度で異なる速度で腫れ挙動解析では、異なる充電時間の厚み変化率の拡大を比較し、周囲温度5℃でシステムセルを定電流充電の1.0C倍を超えてリチウムを充電し、1.0Cから約15%SOCまで段階的に開始するリチウム析出ウィンドウを決定します。リチウム。さまざまな速度でのセルのリチウム分析電圧と SOC ウィンドウを正確に定量化することで、研究者がさまざまな速度での安全で効率的な充電を確保するための適切な急速充電戦略を開発することが効果的に可能になります。

参考資料

1. トーマス ヴァルトマン、Björn-インゴ ホッグ、マーグレット ウォルファルト-メーレンス.商用リチウムイオン電池における望ましくない副反応としての 李 めっき - レビュー。ジャーナル の 力 情報源 384 (2018) 107–124。

2. アンナ トマシェフスカ、鄭裕 チュー、徐寧 フォン、他、リチウムイオン電池の急速充電: レビュー、e交通機関 1 (2019) 100011。