Lors de la charge
Batterie aux ions lithium , Les précipitations de lithium réduisent non seulement les performances de la batterie et raccourcissent considérablement la durée de vie, mais limitent également la capacité de charge rapide de la batterie et peuvent avoir des conséquences désastreuses telles que la combustion et l'explosion.
Dans une série d'articles, nous discuterons des problèmes à l'échelle macro de la batterie lithium-ion, des conditions de travail, du gradient existant dans la batterie, du test électrochimique, du test de sécurité, etc.), à l'échelle micro (électrode, particule, microstructure, etc. .) et à l'échelle atomique (atome, ion, molécule, barrière énergétique d'activation, etc.). Aujourd'hui, nous allons discuter des preuves expérimentales des effets secondaires des dépôts de lithium qui ont été recueillies sous différents angles :
En comparant les batteries lithium-ion avec le même modèle, les chercheurs ont découvert que la réaction secondaire du dépôt de lithium accélère le vieillissement de la batterie et que sa capacité, sa densité énergétique et son efficacité énergétique sont considérablement atténuées.
1. Détectez le degré de réaction secondaire du dépôt de lithium en analysant l'efficacité coulombienne : le mécanisme de vieillissement de la batterie impliquant une réaction secondaire au dépôt de lithium réduit l'efficacité coulombienne de la batterie. Par conséquent, il s'agit d'une méthode réalisable pour surveiller le degré de réaction secondaire de dépôt de lithium en mesurant avec précision l'efficacité coulombienne de la batterie lithium-ion. Le lithium métallique généré dans la réaction secondaire du dépôt de lithium réagit avec l'électrolyte pour former un film SEI, ce qui réduit l'efficacité coulombienne. Il convient de noter que la diminution de l'efficacité coulombienne n'est pas entièrement causée par la réaction secondaire du dépôt de lithium. Par exemple, la chute des matériaux actifs des électrodes, la formation d'un film SEI et le blocage des microspores sur la surface des électrodes augmenteront la résistance interne de la batterie et provoqueront une perte de capacité irréversible. Ces phénomènes réduiront l'efficacité coulombienne.
2. L'énergie d'activation apparente de la réaction secondaire du dépôt de lithium est obtenue en analysant la courbe d'Arrhenius : la courbe d'Arrhenius peut être obtenue à partir de la courbe d'atténuation de capacité à différentes températures en testant le cycle de décharge de charge de la batterie lithium-ion à différentes températures (vérifier la figure ci-dessous). Lorsque la température est élevée, la réaction secondaire du dépôt de lithium ne se produit pas, la dissolution des matériaux actifs positifs et la formation de film SEI à la surface des électrodes positives et négatives s'accélèrent avec l'augmentation de la température et le taux de vieillissement de la batterie également accélère; Lorsque la température est basse, la réaction secondaire de dépôt de lithium apparaît sur la scène, ce qui modifie brutalement le mécanisme de vieillissement. Parce que la réaction secondaire du dépôt de lithium devient de plus en plus intense avec la diminution de la température, le taux de vieillissement de la batterie s'accélère avec la diminution de la température. Pour résumer, la courbe d'Arrhenius de la batterie lithium-ion est en forme de V comme le montre la figure 4, et sa pente est la valeur négative (-EA) de l'énergie d'activation apparente au cours du vieillissement. La réaction secondaire du dépôt de lithium a une énergie d'activation apparente négative.
3. Analyser la réaction d'évolution du lithium par courbe de tension
3.1 analyser la réaction de précipitation du lithium en utilisant la plate-forme de tension de la courbe de décharge : si une réaction secondaire de dépôt de lithium se produit pendant la charge à basse température, la plate-forme de tension correspondant à la réaction de dissolution du lithium apparaîtra sur la courbe de décharge suivante. Avec l'augmentation de la dissolution du lithium pendant la décharge, la plate-forme de tension devient plus longue.
3.2 analyser la réaction secondaire du dépôt de lithium en utilisant la courbe différentielle de tension de capacité (DQ / DU) ou la courbe différentielle de capacité de tension (DU / DQ): les deux courbes DQ / Du ou Du / DQ peuvent être utilisées pour estimer la quantité de lithium dissous pendant décharge, et la courbe Du/DQ est plus sensible.
3.3 analyser la réaction secondaire du dépôt de lithium en utilisant la courbe de courant tension après relaxation : lors de la charge, un gradient de concentration en ions lithium se forme dans le matériau de l'électrode négative et/ou de l'électrolyte. Si le courant est coupé après la charge, la distribution de la concentration en ions lithium dans le matériau de l'électrode négative et/ou de l'électrolyte atteindra un nouvel équilibre, et la courbe de courant de tension variant avec le temps peut être observée dans ce processus. Les informations obtenues à partir de cette courbe peuvent être utilisées pour analyser les réactions secondaires du dépôt de lithium.
Noter: (1) s'il y a un plateau de tension dans la courbe de décharge ou si le changement de courbe de courant de tension pendant la relaxation a des caractéristiques correspondantes, cela indique que la réaction secondaire de dépôt de lithium s'est produite pendant la charge. Cependant, si aucun des phénomènes ci-dessus n'existe, cela ne signifie pas que la réaction secondaire de dépôt de lithium ne s'est pas produite. Cela peut être dû au fait que le processus de relaxation est inhibé à basse température et que les caractéristiques de variation de la courbe de courant de tension ne peuvent pas être observées, ou que la vitesse d'intégration du lithium métallique dans l'électrode négative à haute température est trop rapide pour observer la plate-forme de tension correspondant à la dissolution du lithium. réaction.
(2) La méthode électrochimique ne peut mesurer les résultats moyens que sur une grande surface et n'a rien à voir avec la détection de lithium métallique dans l'électrode négative.
Conclusion:
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