የሊቲየም ባትሪዎች በሚጠቀሙበት ጊዜ የተለያዩ አካባቢዎች ያጋጥሟቸዋል. በክረምት, በሰሜናዊ ቻይና ያለው የሙቀት መጠን ብዙውን ጊዜ ከ 0 ℃ ወይም ከ -10 ℃ በታች ነው. የባትሪው የመሙያ እና የመሙያ ሙቀት ከ0℃ በታች ሲቀንስ የሊቲየም ባትሪ የመሙላት እና የመሙላት አቅም እና የቮልቴጅ መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል። ይህ የሆነበት ምክንያት በኤሌክትሮላይት ፣ ሲኢአይ እና ግራፋይት ቅንጣቶች ውስጥ ያለው የሊቲየም ions እንቅስቃሴ በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ስለሚቀንስ ነው። እንዲህ ያለው ኃይለኛ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ከፍተኛ ቦታ ያለው የሊቲየም ብረት ዝናብ እንዲዘንብ ማድረጉ የማይቀር ነው።

የሊቲየም የዝናብ መጠን ከፍ ያለ ቦታ ያለው ለሊቲየም ባትሪዎች ብልሽት አሰራር በጣም ወሳኝ ከሆኑ ምክንያቶች አንዱ እና እንዲሁም ለባትሪ ደህንነት አስፈላጊ ችግር ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት በጣም ትልቅ ቦታ ስላለው ፣ ሊቲየም ብረታ በጣም ንቁ እና ተቀጣጣይ ነው ፣ ከፍ ያለ ቦታ dendrite ሊቲየም ትንሽ እርጥብ አየር ሊቃጠል ይችላል።

የኤሌክትሪክ ተሸከርካሪዎች የባትሪ አቅም፣ ክልል እና የገበያ ድርሻ መሻሻል፣ የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች የደህንነት መስፈርቶች ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጠነከሩ መጥተዋል። በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ውስጥ የኃይል ባትሪዎች አፈፃፀም ላይ ምን ለውጦች አሉ? ትኩረት ሊሰጣቸው የሚገቡ የደህንነት ገጽታዎች የትኞቹ ናቸው?

1.18650 ክሪዮጂካዊ ዑደት ሙከራ እና የባትሪ መበታተን ትንተና

የ18650 ባትሪ (2.2A፣ NCM523/ ግራፋይት ሲስተም) በትንሽ የሙቀት መጠን 0℃ በተወሰነ የኃይል መሙያ ዘዴ ተመስሏል። የመሙያ እና የመሙያ ዘዴው፡- CC-CV ቻርጅ ማድረግ፣ የመሙላት መጠን 1C ነው፣ የመቁረጫ ቮልቴጅ 4.2V፣ ቻርጅ ማቋረጫ ጅረት 0.05c፣ ከዚያም የ CC ልቀት ወደ 2.75V ነው። የ 70% -80% ባትሪ SOH በአጠቃላይ የአንድ ባትሪ ማብቂያ ሁኔታ (EOL) ተብሎ ይገለጻል። ስለዚህ, በዚህ ሙከራ ውስጥ, የባትሪው SOH 70% በሚሆንበት ጊዜ ባትሪው ይቋረጣል. ከላይ በተጠቀሱት ሁኔታዎች ውስጥ የባትሪው ዑደት ኩርባ በስእል 1 (ሀ) ውስጥ ይታያል. የሊ MAS NMR ትንተና የተካሄደው በተዘዋዋሪ እና በማይሰራጭ ባትሪዎች ምሰሶዎች እና ዲያፍራምሞች ላይ ሲሆን የኬሚካላዊ መፈናቀል ውጤቶቹ በስእል 1 (ለ) ታይተዋል።

ምስል 1. የሕዋስ ዑደት ኩርባ እና የሊ MAS NMR ትንተና

በመጀመሪያዎቹ ጥቂት ዑደቶች ውስጥ የክሪዮጀንሲክ ዑደት አቅም ጨምሯል ፣ በመቀጠልም በተከታታይ ማሽቆልቆሉ እና SOH ከ 70 ባነሰ ጊዜ ውስጥ ከ 50% በታች ዝቅ ብሏል ። ባትሪውን ከተፈታ በኋላ በአኖዶው ላይ የብር-ግራጫ ቁሳቁስ ንጣፍ ላይ ተገኝቷል, እሱም በሊቲየም ብረት ላይ በሚዘዋወረው የአኖድ ቁሳቁስ ላይ የተቀመጠ ነው. የሊ MAS NMR ትንተና የተካሄደው በሁለቱ የሙከራ ንጽጽር ቡድኖች ባትሪዎች ላይ ሲሆን ውጤቶቹም በስእል B የበለጠ ተረጋግጠዋል።

በ 0 ፒፒኤም ላይ ሰፊ ጫፍ አለ፣ በዚህ ጊዜ ሊቲየም በ SEI ውስጥ እንዳለ ያሳያል። ከዑደቱ በኋላ ሁለተኛው ጫፍ በ 255 ፒፒኤም ላይ ይታያል, ይህም በአኖድ ቁሳቁስ ላይ ባለው የሊቲየም ብረት ዝናብ ሊፈጠር ይችላል. የሊቲየም ዴንትሬትስ በእርግጥ መገኘቱን የበለጠ ለማረጋገጥ፣ SEM morphology ታይቷል፣ ውጤቱም በስእል 2 ታይቷል።

ስዕሉ

ምስል 2. የ SEM ትንተና ውጤቶች

ምስሎችን A እና B በማነፃፀር በምስል B ውስጥ ወፍራም የቁስ ሽፋን እንደተፈጠረ ማየት ይቻላል, ነገር ግን ይህ ንብርብር የግራፍ ቅንጣቶችን ሙሉ በሙሉ አልሸፈነም. የ SEM ማጉላት የበለጠ ሰፋ እና መርፌው የመሰለ ቁሳቁስ በስእል D ውስጥ ታይቷል፣ እሱም ሊቲየም ከፍተኛ የሆነ የገጽታ ስፋት ያለው (እንዲሁም ዴንድሪት ሊቲየም በመባልም ይታወቃል)። በተጨማሪም የሊቲየም ብረት ማስቀመጫው ወደ ዲያፍራም ያድጋል, እና ውፍረቱ ከግራፋይት ንብርብር ውፍረት ጋር በማነፃፀር ይታያል.

የተከማቸ ሊቲየም ቅርፅ በብዙ ሁኔታዎች ላይ የተመሰረተ ነው. እንደ የገጽታ መታወክ፣ የአሁን እፍጋት፣ የመሙላት ሁኔታ፣ የሙቀት መጠን፣ ኤሌክትሮላይት ተጨማሪዎች፣ ኤሌክትሮላይት ስብጥር፣ ተግባራዊ ቮልቴጅ እና የመሳሰሉት። ከነሱ መካከል ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ዝውውር እና ከፍተኛ የአሁኑ እፍጋት ከፍተኛ የሆነ የቦታ ስፋት ያለው ጥቅጥቅ ያሉ ሊቲየም ብረትን ለመፍጠር በጣም ቀላል ናቸው።

2. የባትሪ ኤሌክትሮክ የሙቀት መረጋጋት ትንተና

በስእል 3 ላይ እንደሚታየው ቲጂኤ ያልተዘዋወሩ እና የተዘዋወሩ የባትሪ ኤሌክትሮዶችን ለመተንተን ጥቅም ላይ ውሏል።

ስዕሉ

ምስል 3. የቲጂኤ አሉታዊ እና አወንታዊ ኤሌክትሮዶች ትንተና (ኤ. አሉታዊ ኤሌክትሮል ቢ. ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ)

ከላይ ካለው ምስል እንደሚታየው፣ ጥቅም ላይ ያልዋለው ኤሌክትሮድ በT≈260℃፣ 450℃ እና 725℃ በቅደም ተከተል ሶስት ጠቃሚ ከፍታዎች አሉት፣ ይህ የሚያሳየው በእነዚህ ቦታዎች ላይ የሃይል መበስበስ፣ ትነት ወይም የሱቢሚሽን ምላሽ ነው። ይሁን እንጂ የኤሌክትሮጁል ጅምላ ኪሳራ በ 33 ℃ እና 200 ℃ ላይ ግልጽ ነበር። በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ውስጥ ያለው የመበስበስ ምላሽ የሚከሰተው በሲኢአይ ሽፋን መበስበስ ምክንያት ነው ፣ በእርግጥ ከኤሌክትሮላይት ስብጥር እና ከሌሎች ምክንያቶች ጋር ይዛመዳል። የሊቲየም ብረት ከፍተኛ መጠን ያለው የዝናብ መጠን በሊቲየም ብረታ ብረት ላይ ብዙ ቁጥር ያላቸው የ SEI ፊልሞች እንዲፈጠሩ ያደርጋል ፣ ይህ ደግሞ በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ዑደት ውስጥ ያሉ ባትሪዎች በብዛት እንዲጠፉ ምክንያት ነው።

SEM ከሳይክል ሙከራ በኋላ በካቶድ ንጥረ ነገር ላይ ምንም አይነት ለውጥ ማየት አልቻለም እና የቲጂኤ ትንተና የሙቀት መጠኑ ከ 400 ℃ በላይ በሆነበት ጊዜ ከፍተኛ ጥራት ያለው ኪሳራ እንደነበረ ያሳያል። ይህ የጅምላ ኪሳራ በካቶድ ቁሳቁስ ውስጥ ሊቲየም በመቀነስ ሊከሰት ይችላል. በስእል 3 (ለ) ላይ እንደሚታየው ከባትሪው እርጅና ጋር, በኤን.ሲ.ኤም አዎንታዊ ኤሌክትሮል ውስጥ ያለው የሊ ይዘት ቀስ በቀስ እየቀነሰ ይሄዳል. የ SOH100% ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ የጅምላ መጥፋት 4.2% ነው፣ እና የ SOH70% አዎንታዊ ኤሌክትሮድ 5.9% ነው። በአንድ ቃል ፣ የሁለቱም አወንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶች የጅምላ ኪሳራ መጠን ከ ‹cryogenic› ዑደት በኋላ ይጨምራል።

3. ኤሌክትሮኬሚካላዊ የእርጅና ትንተና ኤሌክትሮላይት

ዝቅተኛ የሙቀት መጠን በባትሪ ኤሌክትሮላይት ላይ ያለው ተጽእኖ በጂሲ/ኤምኤስ ተንትኗል። ኤሌክትሮላይት ናሙናዎች ከዕድሜያቸው እና ካረጁ ባትሪዎች በቅደም ተከተል የተወሰዱ ሲሆን የጂሲ/ኤምኤስ ትንተና ውጤቶች በስእል 4 ታይተዋል።

ስዕሉ

ምስል 4.GC/MS እና FD-MS የፈተና ውጤቶች

ክሪዮጅኒክ ያልሆነ ዑደት ባትሪ ኤሌክትሮላይት የባትሪውን አፈጻጸም ለማሻሻል ዲኤምሲ፣ ኢሲ፣ ፒሲ እና ኤፍኢሲ፣ ፒኤስ እና ኤስኤን እንደ ተጨማሪዎች ይዟል። የዲኤምሲ, ኢ.ሲ. እና ፒሲ መጠን በማይዘዋወረው ሕዋስ ውስጥ እና በደም ውስጥ ያለው ህዋስ ተመሳሳይ ነው, እና ከተዘዋወረ በኋላ በኤሌክትሮላይት ውስጥ ያለው ተጨማሪ SN (በከፍተኛ ቮልቴጅ ውስጥ የአዎንታዊ ኤሌክትሮይክ ፈሳሽ ኦክሲጅን መበስበስን የሚከለክል) ይቀንሳል. , ስለዚህ ምክንያቱ አወንታዊው ኤሌክትሮል በዝቅተኛ የሙቀት ዑደት ውስጥ በከፊል ተሞልቷል. BS እና FEC የተረጋጋ SEI ፊልሞችን መፈጠርን የሚያበረታቱ የ SEI ፊልም መፈጠር ተጨማሪዎች ናቸው። በተጨማሪም FEC የዑደት መረጋጋትን እና የባትሪዎችን የ Coulomb ብቃትን ማሻሻል ይችላል። PS የ anode SEI የሙቀት መረጋጋትን ሊያሻሽል ይችላል። ከሥዕሉ ላይ እንደሚታየው የ PS መጠን በባትሪው እርጅና አይቀንስም. የ FEC መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ቀንሷል, እና SOH 70% በሚሆንበት ጊዜ, FEC እንኳን ሊታይ አልቻለም. የ FEC መጥፋት የተከሰተው በሲኢአይ ቀጣይነት ያለው ተሃድሶ ነው, እና የ SEI ተደጋጋሚ መልሶ ግንባታ በካቶድ ግራፋይት ወለል ላይ ባለው የማያቋርጥ የሊ ዝናብ ምክንያት ነው.

ከባትሪ ዑደት በኋላ የኤሌክትሮላይት ዋናው ምርት DMDOHC ነው ፣ የእሱ ውህደት ከ SEI ምስረታ ጋር የሚስማማ ነው። ስለዚህ, በ FIG ውስጥ ከፍተኛ ቁጥር ያለው DMDOHC. 4A ትላልቅ SEI አካባቢዎች መፈጠርን ያመለክታል።

4. ክሪዮጅኒክ ያልሆኑ ዑደት ባትሪዎች የሙቀት መረጋጋት ትንተና

የ ARC (የተጣደፈ ካሎሪሜትር) ሙከራዎች በኳሲ-adiabatic ሁኔታዎች እና በ HWS ሁነታ ላይ በማይክሮ-አዲባቲክ ባልሆኑ ዑደት እና ክሪዮጅኒክ ዑደት ባትሪዎች ላይ ተካሂደዋል። የ Arc-hws ውጤቶች እንደሚያሳዩት የኤክሶተርሚክ ምላሹ የተፈጠረው በባትሪው ውስጠኛው ክፍል ነው፣ ከውጪ የአከባቢ ሙቀት መጠን ውጭ። በሰንጠረዥ 1 ላይ እንደሚታየው በባትሪው ውስጥ ያለው ምላሽ በሶስት ደረጃዎች ሊከፈል ይችላል።

ስዕሉ

ከፊል ሙቀት መሳብ የሚከሰተው በዲያፍራም ሙቀት መጨመር እና በባትሪ ፍንዳታ ወቅት ነው፣ ነገር ግን የዲያፍራም ሙቀት መጨመር ለጠቅላላው SHR እዚህ ግባ የሚባል አይደለም። የመጀመርያው ኤክሶተርሚክ ምላሽ የሚመጣው ከሲኢአይ መበስበስ ሲሆን በመቀጠልም የሙቀት መጨመር የሊቲየም ionዎችን ግምት ውስጥ በማስገባት ኤሌክትሮኖች ወደ ግራፋይት ገጽ መምጣት እና የኤሌክትሮኖች ቅነሳ የ SEI ሽፋንን እንደገና ለማቋቋም ነው. የሙቀት መረጋጋት ሙከራ ውጤቶች በስእል 5 ይታያሉ።

ስዕሉ

ስዕሉ

ምስል 5. Arc-hws ውጤቶች (a) 0% SOC; (ለ) 50 በመቶ SOC; (ሐ) 100 በመቶ SOC; የተሰረዙት መስመሮች የመጀመርያው የኤክሶተርሚክ ምላሽ ሙቀት፣የመጀመሪያው የሙቀት አማቂ የሙቀት መጠን እና የሙቀት አማቂ የሙቀት መጠን ናቸው።

ስዕሉ

ምስል 6. Arc-hws የውጤት ትርጓሜ ሀ. የሙቀት አማቂ የሙቀት መጠን፣ B.ID ጅምር፣ ሐ. የሙቀት መሸሻ የመጀመሪያ ሙቀት. የ exothermic ምላሽ የመጀመሪያ ሙቀት

የባትሪው ክራዮጀኒክ ሳይክል የመነሻ ውጫዊ ምላሽ (OER) በ90 ℃ ይጀምራል እና በመስመር ላይ ወደ 125 ℃ ይጨምራል፣ በ SOC መቀነስ ፣ OER በአኖድ ውስጥ ባለው የሊቲየም ion ሁኔታ ላይ በጣም ጥገኛ መሆኑን ያሳያል። በማፍሰሻ ሂደት ውስጥ ላለው ባትሪ, ከፍተኛው SHR (ራስን የማሞቅ ፍጥነት) በመበስበስ ምላሽ ውስጥ በ 160 ℃ ውስጥ ይፈጠራል, እና SHR በከፍተኛ ሙቀት ይቀንሳል, ስለዚህ የተጠላለፉ የሊቲየም ions ፍጆታ በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ላይ ይወሰናል. .

በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ውስጥ በቂ የሊቲየም ionዎች እስካሉ ድረስ የተበላሸው SEI እንደገና መገንባት እንደሚቻል የተረጋገጠ ነው. የካቶድ ንጥረ ነገር የሙቀት መበስበስ ኦክስጅንን ይለቀቃል, ይህም ከኤሌክትሮላይት ጋር ኦክሳይድ ይፈጥራል, በመጨረሻም የባትሪውን የሙቀት አማቂነት ባህሪ ያመጣል. በከፍተኛ SOC ስር, የካቶድ ቁሳቁስ በከፍተኛ የዴሊቲየም ሁኔታ ውስጥ ነው, እና የካቶድ ቁሳቁስ መዋቅርም በጣም ያልተረጋጋ ነው. የሚከሰተው የሕዋስ የሙቀት መረጋጋት እየቀነሰ ይሄዳል ፣ የተለቀቀው የኦክስጂን መጠን ይጨምራል ፣ እና በአዎንታዊ ኤሌክትሮድ እና በኤሌክትሮላይት መካከል ያለው ምላሽ በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ይረከባል።

4. ጋዝ በሚፈጠርበት ጊዜ የኃይል መለቀቅ

በድህረ-ዑደት ባትሪ ትንተና, SHR በ 32 ℃ አካባቢ ቀጥታ መስመር ላይ ማደግ መጀመሩን ማየት ይቻላል. በጋዝ ማመንጨት ሂደት ውስጥ የኃይል መውጣቱ በዋነኝነት የሚከሰተው በመበስበስ ምላሽ ነው, ይህም በአጠቃላይ የኤሌክትሮላይት የሙቀት መበስበስ ነው ተብሎ ይታሰባል.

የሊቲየም ብረታ ከፍ ያለ የተወሰነ የገጽታ ስፋት በአኖድ ቁሳቁስ ላይ ይወርዳል፣ ይህም በሚከተለው ቀመር ሊገለጽ ይችላል።

ስዕሉ

በአደባባይ፣ Cp የተወሰነ የሙቀት አቅም ነው፣ እና △T በ ARC ሙከራ ውስጥ በመበስበስ ምክንያት የተፈጠረውን የባትሪ ሙቀት መጨመር ድምርን ይወክላል።

በ 30 ℃ እና 120 ℃ መካከል ያሉ ያልተዘዋወሩ ሴሎች ልዩ የሙቀት አቅሞች በ ARC ሙከራዎች ተፈትነዋል። የ exothermic ምላሽ በ125º ሴ. በዚህ ሙከራ ውስጥ, በሚከተለው ስሌት ላይ እንደሚታየው ሲፒሲ ከሙቀት ጋር ቀጥተኛ ግንኙነት አለው.

ስዕሉ

በጠቅላላው ምላሽ ውስጥ የሚለቀቀው አጠቃላይ የኃይል መጠን የተወሰነውን የሙቀት መጠን በማዋሃድ ማግኘት ይቻላል ፣ ይህም በዝቅተኛ የሙቀት መጠን በሴል እርጅና 3.3 ኪ. በሙቀት መሸሽ ወቅት የሚለቀቀው የኃይል መጠን ሊሰላ አይችልም።

5. የአኩፓንቸር ሙከራ

በባትሪ አጭር ዙር ሙከራ ላይ የባትሪ እርጅናን ተጽእኖ ለማረጋገጥ, የመርፌ ሙከራ ተካሂዷል. የሙከራ ውጤቶቹ ከዚህ በታች ባለው ስእል ውስጥ ይታያሉ.

ስዕሉ

የአኩፓንቸር ውጤትን በተመለከተ, A በአኩፓንቸር ሂደት ውስጥ የባትሪው ወለል የሙቀት መጠን ነው, እና B ከፍተኛው ሊደረስበት የሚችል የሙቀት መጠን ነው.

ከሥዕሉ መረዳት የሚቻለው ከ10-20 ℃ እርጅና ባለው ባትሪ ከተለቀቀ በኋላ እና በአዲሱ ባትሪ (SOC 0%) መካከል በመርፌ መፈተሻ መካከል ያለው ልዩነት ብቻ ነው። ለአረጋዊው ሕዋስ, ፍጹም የሙቀት መጠኑ በ adiabatic ሁኔታ ውስጥ T≈35 ℃ ይደርሳል, ይህም ከ SHR≈0.04K / ደቂቃ ጋር የሚስማማ ነው.

SOC 120% ሲሆን ከ30 ሰከንድ በኋላ ያልተጠቀመው ባትሪ ከፍተኛው 50 ℃ የሙቀት መጠን ይደርሳል። የሚወጣው የጁል ሙቀት ወደዚህ የሙቀት መጠን ለመድረስ በቂ አይደለም, እና SHR የሙቀት ስርጭትን መጠን ይበልጣል. SOC 50% ሲሆን, የእርጅና ባትሪው በሙቀት መሸሽ ላይ የተወሰነ የመዘግየት ተጽእኖ ይኖረዋል, እና መርፌው ወደ ባትሪው ውስጥ ሲገባ የሙቀት መጠኑ በከፍተኛ ሁኔታ ወደ 135 ℃ ይጨምራል. ከ 135 ℃ በላይ ፣ የ SHR ጭማሪ የባትሪውን የሙቀት መጠን ያስከትላል ፣ እና የባትሪው ወለል የሙቀት መጠን ወደ 400 ℃ ከፍ ይላል።

አዲሱ ባትሪ በመርፌ ቀዳዳ ሲሞላ የተለየ ክስተት ታይቷል። አንዳንድ ህዋሶች የሙቀት መቆጣጠሪያን በቀጥታ አጥተዋል ፣ ሌሎች ደግሞ የሙቀት መቆጣጠሪያው ከ 125 ℃ በታች ሲቀመጥ የሙቀት መቆጣጠሪያውን አላጡም። መርፌው ወደ ባትሪው ከገባ በኋላ ካለው የባትሪው ቀጥተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ አንዱ የላይኛው የሙቀት መጠን 700 ℃ ደርሶ የአልሙኒየም ፎይል እንዲቀልጥ አድርጎታል ከጥቂት ሴኮንዶች በኋላ ምሰሶው ቀልጦ ከባትሪው ተለይቷል እና መውጣቱን አቀጣጠለ። ጋዝ, እና በመጨረሻም መላውን ዛጎል ቀይ አደረገ. ሁለቱ ቡድኖች የተለያዩ ክስተቶች ዲያፍራም በ 135 ℃ ላይ እንደሚቀልጥ መገመት ይቻላል. የሙቀት መጠኑ ከ 135 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ በሚሆንበት ጊዜ ዲያፍራም ይቀልጣል እና ውስጣዊ አጭር ዑደት ብቅ ይላል, የበለጠ ሙቀትን ያመነጫል እና በመጨረሻም ወደ ሙቀት መሸሽ ያመጣል. ይህንን ለማረጋገጥ፣ የሙቀት ያልሆነው የሚሸሸው ባትሪ ተበተነ እና ድያፍራም ኤፍኤም ተፈትኗል። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የገለባ መቅለጥ የመጀመሪያ ሁኔታ በገለባው በሁለቱም በኩል ብቅ አለ ፣ ግን ባለ ቀዳዳ መዋቅር አሁንም በአሉታዊ ጎኑ ላይ ታየ ፣ ግን በአዎንታዊ ጎኑ ላይ አይደለም።