Đánh giá cao tài liệu- Một bộ máy nghiên cứu về sự tiến hóa của khí tại chỗ trong các tế bào túi Li-Ion

Đánh giá cao tài liệu- Một thiết bị nghiên cứu về sự tiến hóa khí tại chỗ trong các tế bào Li-IonPouch

Thông tin tác giả và Tóm tắt bài báo

CP Aiken (tác giả đầu tiên) và JR Dahn (tác giả tương ứng) của Đại học Dalhousie ở Canada đã giới thiệu một thiết bị sản xuất khí tại chỗ của pin lithium-ion gói mềm để phân tích sự hình thành và sạc ban đầu của hệ thống pin ternary. Hiện tượng sinh khí trong quá trình phóng điện có thể phân biệt ảnh hưởng của các chất phụ gia điện phân khác nhau đến sự thay đổi thể tích của tế bào. 

nguyên tắc đo lường

Hình 1. Sơ đồ lực lượng tế bào

Định luật về lực nổi của Archimedes & Định lý Newton： 

Trong đó ρ là mật độ của chất lỏng, g là gia tốc do trọng trường, V là thể tích của tế bào, Ftension là lực kéo và khối lượng của số đọc cân bằng.

Thiết bị đo

Treo tế bào pin trong chất lỏng dầu silicon và đồng thời kiểm tra lực kéo của lõi pin, đồng thời kết nối các mấu cực dương và cực âm của lõi pin với thiết bị sạc và xả Maccor Series 4000 để thực hiện sạc đồng bộ và xả pin. Nhiệt độ môi trường thử nghiệm là 40,0 ± 0,1℃.

Hình 2. Sơ đồ vật lý và sơ đồ mạch của thiết bị đo tại chỗ

Hình 3. Độ ồn không tải của thiết bị

Phân tích kết quả

1. Ảnh hưởng của lịch thi đấu

Việc có vật cố định khi ô được hình thành hay không sẽ ảnh hưởng đến độ lặp lại của phép thử và xu hướng thay đổi âm lượng. Đối với pin có kẹp, khí sinh ra sẽ được ép vào túi màng nhôm-nhựa trống ở bên cạnh và thể tích của pin sẽ không có xu hướng giảm rõ rệt, trong khi khí do pin tạo ra không có kẹp sẽ ở trên miếng cực. Trên bề mặt, các phản ứng tiếp theo xảy ra, dẫn đến thể tích của tế bào giảm khoảng 0,1 mL. Do đó, ảnh hưởng của đồ đạc cần phải được tính đến trong quá trình thử nghiệm và các thí nghiệm tiếp theo đều không có đồ đạc.

Hình 4. Ảnh hưởng của vật cố định đến điện áp và âm lượng của tế bào

2. Ảnh hưởng của độ phóng đại

So sánh sự thay đổi về thể tích tế bào trong bốn điều kiện sạc và xả để điều chế lithium, có thể thấy rằng trong quá trình sạc đầu tiên, thể tích tế bào đạt mức tối đa, đồng thời khi thời gian sạc và xả tăng lên, tổng thể tích tế bào cho thấy xu hướng giảm. Điều này có thể liên quan đến thực tế là khi thời gian thử nghiệm được kéo dài, khí sinh ra đầu tiên sẽ phản ứng mạnh hơn và làm giảm thể tích. Ngoài ra, hiện tượng “răng cưa” có thể được nhìn thấy trong quá trình sạc và xả của pin, hiện tượng này chủ yếu liên quan đến sự giãn nở và co lại của miếng cực trong quá trình giải phóng lithium. Do đó, để thấy nhiều tín hiệu sạc và xả hơn, tốc độ sạc và xả của lõi tốt nhất là nhỏ hơn C/3. 

Hình 5. Ảnh hưởng của tốc độ sạc và xả lên điện áp và thể tích của tế bào

3. Ảnh hưởng của độ ẩm và loại phụ gia

Liệu tế bào trần có được làm khô chân không trong một thời gian đủ lâu trước khi bơm chất lỏng hay không là yếu tố chính ảnh hưởng đến hàm lượng nước của tế bào. So sánh sự khác biệt về sản lượng khí giữa phụ gia VC và VEC, có thể thấy rằng khi tế bào chứa độ ẩm mà không được sấy chân không, sản lượng khí trong quá trình hình thành sẽ lớn hơn so với tế bào khô.

Các tế bào chỉ chứa VEC tạo ra lượng khí lớn nhất. Các tế bào chứa VC tạo ra ít khí hơn so với pin có chất điện phân trống. Khi VEC và VC được thêm vào với nhau, quá trình sản xuất khí của tế bào sẽ ít hơn so với các tế bào trống. Điều trên cho thấy VEC tạo ra nhiều khí hơn khi phản ứng, nhưng khi VC được thêm vào một lần nữa, nó sẽ ức chế phản ứng tạo khí của VEC. Hiện tượng VC ức chế sinh khí cũng xảy ra trong quá trình hình thành tế bào khi VC được thêm vào ES và 11 chất phụ gia khác. Bằng cách so sánh các đường cong thể tích sản xuất khí của các loại phụ gia khác nhau, nó cũng có thể được sử dụng để sàng lọc các chất phụ gia điện phân phù hợp.

Hình 6. Ảnh hưởng của loại phụ gia đến điện áp và thể tích của tế bào

Bản tóm tắt

Thiết bị giám sát sản xuất khí tại chỗ trong bài viết này có thể theo dõi sự thay đổi thể tích của tế bào trong giai đoạn hình thành trong thời gian thực, sau đó so sánh và phân tích hành vi sản xuất khí của các chất phụ gia khác nhau:

1. Dòng điện hình thành không có ảnh hưởng đáng kể đến tổng sản lượng khí tối đa của tế bào trong phạm vi sai số có thể đo được của thiết bị;

2. Hầu hết việc sản xuất khí của pin xảy ra trong giai đoạn hình thành. Khi thời gian sạc và xả tăng lên, thể tích của pin sẽ giảm dần, chủ yếu là do phản ứng tiếp theo tiêu thụ một phần khí;

3. Trong số 14 loại phụ gia đã được thử nghiệm, sự kết hợp 2% VC + 2% PES là sự kết hợp tốt nhất để giảm sinh khí trong quá trình hình thành, trong khi VEC và ES sẽ không sinh ra khí trong quá trình hình thành và sẽ làm chậm quá trình hình thành. thời gian bắt đầu sản sinh khí của tế bào.

Đề xuất thiết bị kiểm tra liên quan đến IEST

Giám sát khối lượng sản xuất khí tại chỗ: model GVM2200 (IEST), phạm vi nhiệt độ thử nghiệm 20℃~85℃, hỗ trợ thử nghiệm đồng bộ kênh đôi (2 ô), độ phân giải 1μL, độ ổn định lâu dài và có thể được theo dõi đồng thời Các thay đổi trong khối lượng khí do tế bào tạo ra trong các điều kiện lưu thông, lưu trữ, nạp quá mức và xả quá mức, giúp nghiên cứu và phát triển vật liệu và tế bào!

reference

CP Aiken, JR Dahn và cộng sự. Một thiết bị để nghiên cứu sự phát triển khí tại chỗ trong các tế bào túi Li-Ion.J. Điện Sóc, 161(2014) A1548-A1554.