山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱具体解读,市北高新

admin 7天前 ( 04-16 02:27 ) 0条评论
摘要: 锂离子电池内部的反应过程主要由电子传递、Li+在电解液内扩散、Li+在电极表面发生电荷交换。Li+在正负极活性物质内部扩散等过程构成,不同过程对于电流和电压变化的响应速度不同,我们...

锂离子电池内部的反响进程首要由电子传递、Li+在电解液内分散、Li+在电极外表发作电荷沟通,Li+在正负极活性物质内部分散等进程构成,不同进程关于电眼镜蛇11焚烧汽车流和电压改动的响应速度不同,咱们称之为弛豫时间。电子传递诛仙荒火余烬和Li+在电解液内分散的响应速度较快,弛豫时间较短,其行为更类似于纯电阻,而电荷沟通进程响应速度稍慢,弛豫时间稍长,而Li+在正负极活性物质中分散进程的响应速度最慢,弛豫时韦太后秽书间最长,因而只要在极低的频率下才干表现出来。依据锂离子电池的这一特性,人们规划了沟通阻抗测验设备,给锂离子电池施加一个从高到低逐步下降频率的沟通电压信号,依据取得的电流反响信号对锂离子电池内部的反响进程进行剖析,是研讨锂离子电池反响的强有力东西。

近来,德国亚琛工业大学的Pouyan Shafiei Sabet(榜首侯镛作者、通讯作者)和Dirk Uwe Sauer两人对高能量密度锂离子电池(NCM/石墨系统)的沟通阻抗图谱进行了深化的剖析,清晰了全电池沟通阻抗图谱的反响进程对应的正负极反响,关于锂离子电池反山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新应机理的研讨具有重要的含义。

试验中选用的锂离子电池来自韩国电池生产商EIG的软包结构电池,其正极为NMC442,负极为石墨,电池容量为20Ah,能量密度为174Wh/kg,电极有用面积为8725.8cm2。

1.沟通阻抗图谱剖析

1.1全电池阻抗图谱

下图a为全电池的电压曲线和对应的正极、负极的电压曲线,从图中可以看到在全电池处于0%SoC状况时,负极处于0%SoC,而正极SoC状况依然较高,这首要是因为锂离子电池在初次化成的进程中负极成膜进程耗费了部分活我的萝莉老婆性锂。而在全电池100%SoC状况时,负极的实践状况要低于100%SoC,这首要是因为负极在规划中一般是过量的。下图b和c为全电池的沟通阻抗图谱,从图b中可以看到在中频区域至少包括一个反响进程(图中的一个紧缩半圆),可是依据弛豫时间剖析(下图c),中频区域的紧缩半圆实践上是由两个进程一起构成:榜首部分是在较高频率(36-76Hz)的进程F1;第二部分是较低频率(2-14Hz)的进程F2,但apetube是这两个进程对应的正负极反响还需要进一步剖析。

1.2扣式半电池阻抗图谱

为了将全电池沟通阻抗图谱中的F1和F2反响进程对应到正负极详细的反响,Pouyan Shafie山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新i Sabet将全山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新电池中的正负极分山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新别进行解剖,然后制造为扣式电池进行沟通阻抗测验(成果如下图所示)。

正极

正极的沟通阻抗图谱和弛豫时间如下图a和b所示,依据正极的弛豫时间曲线可以看到正极首要包括两个进程:533-926Hz的C1进程和0.1-9Hz的C2进程,其间C2进程的频率和行为都与电池中的F2进程非常挨近,其频率都会跟着So山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新C的添加而进步,因而全电池中的F2进程对应的应为层状正极资料(NCM/NCA)的电荷沟通进程。

正极的C1进程的频率在SoC改动进程中改动不大,可是其高度跟着SoC的添加而下降,因而该进程可能与半电池中的Li负极或许正双组份灌胶机极外表的界面膜有关。

负极

咱们从负极的弛豫时间(下图d)可以看到负极的沟通阻抗图谱也分为两个进程:分别是118-174Hz的A1进程和2.2Hz的A2进程,其间A2进程是石墨负极的电荷沟通进程,A1进程的频率与全电池的F1进程最为挨近,可是经过剖析咱们发现全电池中的F1进程并不是负极的A1进程,因为A1进程的频率为118-174Hz,而F1进程的频率为36-78Hz,两者间隔过大,因而A1更可能是Li金属对电极的反响过山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新程。

对称结构电池

扣式电池中不只包括被测验电极,还包括锂金属对电极,因而扣式电池的沟通阻抗中还会有一部分反响金属锂对电极特性的进程,因而作者选用两片金愿望射雕属Li组成对称结构电池剖析Li金属电极的反响进程。下图为对华润电力供货商门户称结构的Li金属电池(两片相同的Li金属电极)的沟通阻抗图,从下图d可以看到Li金属电极的沟通阻抗包括一个进程:L1进程,其频率规模为159-335Hz,高度为4.4-48s,与负极半电池的A1进程(频率规模118-174Hz,高度为118-174s)高度一致,标明负极扣式半sp张飞电池的A1进程实践上是反响锂金属对电极的反响进程。

1.3微分回归法

前面咱们现已发现全电池的F2进程实践上反响的是正极的C2电荷沟通进程,可是咱们还没有找到全电池中F1进程所代表的反响,为此作者选用微粉回归剖析的石素月办法对锂离子电池的沟通阻抗图谱进行了剖析。这儿微分看护甜心之冰蓝蝴蝶回归办法剖析的首要是等效电路中的R1和时间常数t1,R2和时间常数t2,从下图可以看到R1和t1的行为从70%SoC后就开端发作了显着的改动,而这恰好是石墨负极从2相,向2-1混合相改动的进程(如下图c所示),从下图c咱们可以看到R1的导数在此刻发作了显着的改动,因而可以得出结论全电池F1进程(36-76Hz)首要反响的是负极的SEI膜特性。

上面咱们通zxvi过正负极扣式半电池、Li对称电池和微分回归法剖析标明全电池中的F1进程(36-76Hz)反响的为负极的SEI膜,而F2进程(2-14Hz)反响的为NCM正极的电荷沟通进程,接下来咱们就测验使用沟通阻抗图谱对寿数晚期的锂离子电池进行剖析,找出其Sylinzi寿数衰降的首要原因。

2.使用

下图为一个在80%SoC状况下存储了4年的锂离子电池的沟通阻抗图谱,从下图a可以看到存储后的电池阅历了严峻的活性Li的丢失,存储后的电池彻底放电状况正极只能嵌入56%的Li,可是新鲜的电池彻底放电时正极可以嵌入74%的Li。从下图c可以看到老化电池的F1进程的频率规模为330-409Hz,比较于新鲜电池(36-76Hz),老化后的电池在F1过山姆,锂离子电池沟通阻抗图谱详细解读,市北高新程的频率规模显着进步,一起高度也增大了将近4倍,这一现象可以经过SEI膜来解说,假如咱们用RC电路来模仿SEI膜进程,则其时间常数可以界说为下式,因为电容C的值与电极外表积和电极间隔相关,因而跟着SEI膜的增厚,电容的间隔d(电解液到电极的间隔)会呈现显着的添加,因而导致电容值C下降,因而时间常数下降,导致F1进程向更高频率搬迁,因而F1进程的改动标明负极SEI膜存储进程中呈现了显着的增厚,然后耗费了较三美挑情多的活性Li。

下图a和b为老化电池的正极半电池的沟通阻抗图谱和弛豫时间图谱,从图中可以看到C2进程的频率规模简直没有发作改动冼嘉俐,这也标明在长时间存储进程中正极的电荷沟通阻抗简直没有发作显着的改动。

下图c和d为老化电池的负极半电池的沟通阻抗图谱和弛豫时间图谱,从图中可以注意到存储老化后的电池除了原有的反响进程外还添加了一个新的进程A0(7625-10150Hz),该进程可能与制造扣式电池进程中引起的SEI膜变厚有关。

下图为存储老化前后的正负极电极的SEM图片,从图中可以看到正极在存储后描摹基本上没有发作显着的改动,可是负极在存储后外表堆积了很多的电解液分化产品,石墨颗粒被电解液分化产品所掩盖,这与咱们前面的剖析是相一致的。

Pouyan Shafiei Sabet等人的作业标明尽管全电池的沟通阻抗图谱看上去是由一个半圆构成,可是实践上该半圆是由两个过裸休程构成:反响负极SEI膜的F1进程和反响正极电荷沟通阻抗的F2进程,经过剖析锂离子电池的沟通阻抗图谱,咱们可以实现在不损坏锂离子电池的前提下剖析锂离子电池的衰降原因。

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Separation of predominant processes in electrochemical impedance spectra of lithium-ion batteries with nickelemanganeseecobalt cathodes, Journal of Power Sources 425 (2019) 121–129, Pouyan Shafiei Sabet, Dirk Uwe Sauer

文/凭栏眺

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