Phân tích sản xuất khí tại chỗ của quá tải tế bào—Phụ gia điện phân
Sản xuất khí trong pin lithium-ion là một nguyên nhân quan trọng gây cháy và nổ pin，việc lựa chọn và kết hợp hợp lý bốn vật liệu chính (Vật liệu cực âm, Vật liệu điện cực âm, Chất điện phân, Chất phân tách) cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất an toàn của pin. Hình 1 là hành vi sản xuất khí của các chất điện phân khác nhau 1. Dưới những tiềm năng khác nhau, các tế bào sẽ có mức độ phản ứng sinh khí khác nhau. Chất điện phân là một kênh quan trọng để truyền các ion lithium và hoạt động điện hóa của nó đóng vai trò chính trong các đặc tính động học và nhiệt động lực học của tế bào. Trong quá trình sạc pin quá mức, các chất phụ gia trong chất điện phân có khả năng xảy ra phản ứng oxy hóa và một lượng khí nhất định được tạo ra khiến pin bị phồng lên2-4. Trong bài báo này, Máy phân tích thể tích nạp khí tại chỗ（GVM） đã được sử dụng để thực hiện kiểm tra thể tích nạp quá mức tại chỗ trên các tế bào NCM523/than chì (dung lượng lý thuyết 1000mAh) với các loại và hàm lượng phụ gia khác nhau, đồng thời phân tích hành vi sản xuất khí của các tế bào .
Hình 1. Hành vi sản xuất khí của chất điện phân khác nhau1
Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thử nghiệm
1. Thiết bị thử nghiệm: Model GVM2200(IEST), phạm vi nhiệt độ thử nghiệm 20~85℃, hỗ trợ thử nghiệm đồng bộ kênh đôi (2 ô), bề ngoài của thiết bị được thể hiện trong Hình 2.
Hình 2. Giao diện của GVM2200
2. Thông số kiểm tra: 25℃ 1C CC đến 5V.
3. Phương pháp kiểm tra: Bước đầu cân ô m0, đưa ô cần kiểm tra vào kênh tương ứng của thiết bị, mở phần mềm MISG, cài đặt thông số số ô và tần số lấy mẫu tương ứng với từng kênh, phần mềm tự động đọc thay đổi âm lượng. , kiểm tra nhiệt độ, dòng điện, điện áp, công suất và các dữ liệu khác.
Phân tích sản xuất khí của quá tải tế bào tại chỗ
1. Phân tích đường cong phóng điện và đường cong thay đổi âm lượng
Đường cong thay đổi âm lượng và đường cong điện áp của ô được hiển thị trong Hình 3(a)(b)，Nội dung của hai loại phụ gia A và B: 0%, 1%, 2%, 3%, 5%. Từ đường cong có thể thấy rằng với sự gia tăng hàm lượng chất phụ gia, sự thay đổi thể tích của hai nhóm tế bào ngày càng lớn hơn, cho thấy phản ứng sinh khí của chất phụ gia gây ra hiện tượng phồng tế bào. Khi hàm lượng chất phụ gia đạt 5%, có thể thấy từ đường cong điện áp rằng điện áp của tế bào khó đạt đến giới hạn trên 5V, điều này có thể là do tế bào tạo ra nhiều khí hơn, dẫn đến dẫn đến sự suy giảm của giao diện tiếp xúc giữa các điện cực và sự phân cực lớn hơn của tế bào.
 |
 |
Hình 3.(a) Đường cong nạp và xả và thay đổi thể tích trong các hàm lượng phụ gia A khác nhau; (b) Đường cong nạp và phóng điện và thay đổi thể tích trong các hàm lượng khác nhau của phụ gia B.
2.Phân tích năng lực sản xuất khí và điện áp uốn của tế bào
Công suất sạc pin và thông tin điện áp điểm uốn của đường cong sản xuất khí với các loại và hàm lượng phụ gia khác nhau được thể hiện trong Bảng 1 và Hình 4. Với việc tăng hàm lượng phụ gia, tổng sản lượng khí của các pin tương ứng với A và các loại phụ gia B đang tăng dần và sản lượng khí tương ứng với A nhiều hơn một chút so với B. Điện áp bắt đầu sản xuất khí giảm dần khi hàm lượng phụ gia tăng và điện áp tương ứng với A thấp hơn so với B. Điều này cho thấy khả năng tạo khí của A sớm hơn của B, cho thấy nếu A được sử dụng làm phụ gia bảo vệ chống quá tải, thì việc sạc quá mức có thể được xác định sớm hơn và có thể thực hiện các biện pháp bảo vệ an toàn tương ứng kịp thời.
Bảng 1.Thông tin liên quan đến khả năng sạc pin và sản xuất khí tương ứng với các loại và hàm lượng phụ gia khác nhau
Hinh 4.Khối lượng sản xuất khí và đường cong điện áp uốn với hàm lượng phụ gia khác nhau
Bản tóm tắt
Trong bài báo này, Máy phân tích thể tích khí trong tình huống kênh đôi có thể kiểm soát nhiệt độ được sử dụng để so sánh hành vi sản sinh khí khi nạp quá mức của các tế bào lithium-ion với hai loại và hàm lượng phụ gia khác nhau. Có thể thấy rằng phụ gia A có tiềm năng phản ứng thấp hơn phụ gia B, tổng lượng khí sinh ra lớn hơn một chút, có thể được sử dụng tốt hơn làm phụ gia bảo vệ chống quá tải.
references
1. Kazuma Kumai, Hajime Miyashiro. Cơ chế tạo khí do phân hủy chất điện phân trong pin lithium-ion thương mại. Tạp chí Nguồn điện. 81–82(1999):715–719.
2. Christoph R. Birkl, Matthew R. Roberts, Euan McTurk, Peter G. Bruce, David A. Howey. Chẩn đoán suy thoái cho các tế bào ion lithium.Tạp chí Nguồn điện.341 (2017): 373-386.
3. CP Aiken, JR Dahn et al. Một thiết bị để nghiên cứu sự tiến hóa của khí tại chỗ trong các tế bào túi Li-Ion.J. Điện Sóc, 161(2014) A1548-A1554.
4. Randolph A. Leising. Thử nghiệm Lạm dụng Pin Lithium-Ion -Đặc điểm của Phản ứng Sạc quá mức của các tế bào LiCoO2ÕGraphite. Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa, 148(8):A838-A844 (2001).