APP求职
小程序求职
 丨  关注公众号
客服:400-9028-806  丨  招聘优势  丨  客户评价  丨  注册简历
首页 > 电池行情 > 锂离子电池充放电过程

锂离子电池充放电过程

发布时间:2018-04-23 09:59:11浏览次数:934次

(本网部分图文转载于网络和用户上传,目的在于传递更多信息,版权归原作者。不希望被转请在30日内同本网联系删除。)

  锂离子电池是一种高容量长寿命环保电池, 具有诸多优点,广泛应用于储能、电动汽车、便携式电子产品等领域。随着社会的发展,各应用领域,特别是电动汽车的发展,对锂离子电池的比能量、寿命、安全性和价格提出了更高的要求。

  因此,我们必须更深层次地认识电池中高度复杂的电化学传输机制。而正负极极片的微观结构与电池的电化学性能密切相关,许多科学家致力于研究电极材料以及充放电机理。如果我们能够在充放电过程中可视化微观结构的演变,那么,就能更好地理解电池机理,为电池设计优化,甚至开发下一代电池提供有利依据。

  计算机辅助的X射线断层扫描(XCT)成像技术是一种高分辨率、无损伤,非破坏性的成像技术,可以定性和定量分析材料的结构和性能。XCT已被证明可以多尺度上可视化电池各组分的微结构演变,并作为一种有效的工具,可用于诊断电池失效机理。XCT也被用来研究锂离子电池电极材料的微结构特性。此外,连续的三维图像就可以形成4D(3D+时间)分析,包括可能的原位检测和在线检测(例如电化学测试中XCT成像)。

  瑞典隆德大学和英国伦敦大学学院的科学家们使用4D计算机辅助的X射线断层扫描(XCT)成像技术可视化硅基电极的第一次锂化过程 。硅基电极在锂化过程中会出现剧烈的体积变化,甚至超过300%。这将导致电池各组件明显地机械变形,甚至破坏失效。作者期望可视化锂化过程,认识体积变化的机理。

  实验方法

  电池组装

  如图1所示,硅电极对金属锂组装成Swagelok型半电池,电池薄壳是X射线可穿透的PFA塑料。微米Si粉:导电石墨:PVDF=80:10:10(重量比)。以硼硅酸盐玻璃纤维为隔膜。

锂离子电池充放电过程

  图2 Si电极恒流锂化过程的部分放电步骤。电流:25mA,持续20h(第一次10h),每一步放电之后,进行XCT成像。

  X射线源和检测器被分别放置在样品前面和后面距离样品中心15毫米处,使用4倍目镜,获取图像的像素尺寸为1.7μm。扫描器光源管电压45 kV,每次投影曝光时间30s,每次扫描获取2001张照片,重建后的体积图像为16位灰度,2000 x 2000像素。

  DVC的分析

  这项研究使用数字体积相关算法(Digital Volume Correlation,简称DVC)来量化电池极片和隔膜在锂化过程中的机械变形。DVC技术是通过分析具有相关关系的两组三维图像,获得物体变形过程中位移场和应变场的计算方法,其基本原理如图3所示。这种方法能测量出三维图像变形前后,任意位置的采样点的位移和应变。

锂离子电池充放电过程

  图3 数字体积相关算法

  (a)样本节点位移矢量的示意图,(b)规则的初始网格中由8个邻节点限制的立方亚体积,(c)形变网格中的变形亚体积。

  结果与讨论

  获取不同锂化阶段的硅基电极XCT重构三维照片11张,图4是其中6张电极三维体积的垂直截面图(图4a-f),图5是其中3张电极三维体积的水平截面图。图像灰度阈值设定为13,750-18,250(16位灰度值),这可以从图像中看到低饱和度的金属锂。高密度材料,如Si,玻纤维隔膜,灰度值高,呈现亮色。而图像中比硅灰度值还高的小白点可能是杂质。

  从图4-5中可见,硅基电极锂化过程伴随着明显的体积膨胀。锂化到64.5%时,电极体积增加了3倍。隔膜的机械稳定性有益于电池的安全和电性能。巨大的体积变化导致隔膜中间部位破裂,锂化到64.5%之后不能进一步锂化,可能就是因为电极形成了短路。

  放电锂化过程中,隔膜遭受了垂直位移和压缩。在电池制作过程中,隔膜经历了不均匀的初始压缩,中间部位压缩大,导致局部锂离子扩散受限,电极两侧部位比中间锂化程度大。

  图4-5中也可以清晰看到锂化过程,当锂化发生时,Si颗粒与锂离子反应形成LixSi,呈现暗色。而细小亮点杂质体积和灰度值都没有变化。图4g是电极中同一区域的灰度直方图(考虑了电极膨胀,并排除了隔膜和金属锂),初始电池的灰度出现两个峰,Si颗粒呈现高灰度值,而低灰度值峰与电极中的导电剂、粘结剂和孔洞相关。灰度值不断降低的演变也说明了锂化过程,低灰度值化表明形成了LixSi。

锂离子电池充放电过程

  图4 (a-f)锂化过程中,XCT重构体积垂直截面;(g)锂化过程灰度直方图演变

  标题:锂离子电池充放电过程  地址:http://www.batthr.com/news/hangqing/182053.html

分享

粤ICP备12041652号  粤B2-20181492人力资源许可证
粤公网安备 44010602006150号
版权所有:广州中缆信息科技有限公司
[本站之人才及招聘,未经授权不得转载,否则追究其法律责任]