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快充对石墨负极性能的影响及作用机理|华体会游戏官网

本文摘要:随着手机电池慢差使技术的飞速发展,手机的电池速率越来越快,在享用着手机较慢电池带给的益处时,我们心里还遗着一个小小的疑惑,较慢电池对锂离子电池的寿命有影响吗?首先我们来理解以下何为电池速率,一般来讲锂离子电池以倍率来叙述电池的电池速率,例如1C倍率所指的是电池在1小时内充满著所有的电量,2C倍率则所指的是在0.5h内将电池电量几乎充满著,也就是说倍率越大电池速率就越慢,电池时间为电池倍率的倒数。理解了电池倍率的定义,我们再行理解以下,较慢电池究竟对锂离子电池的有什么影响。

倍率

随着手机电池慢差使技术的飞速发展,手机的电池速率越来越快,在享用着手机较慢电池带给的益处时,我们心里还遗着一个小小的疑惑,较慢电池对锂离子电池的寿命有影响吗?首先我们来理解以下何为电池速率,一般来讲锂离子电池以倍率来叙述电池的电池速率,例如1C倍率所指的是电池在1小时内充满著所有的电量,2C倍率则所指的是在0.5h内将电池电量几乎充满著,也就是说倍率越大电池速率就越慢,电池时间为电池倍率的倒数。理解了电池倍率的定义,我们再行理解以下,较慢电池究竟对锂离子电池的有什么影响。

一般来讲,较慢电池不会造成锂离子电池内阻减少,容量上升。我们现在就要理解一下这其中的机理。目前商用锂离子电池主要的负极材料为石墨类材料,石墨材料的用于相当大程度上解决问题了金属锂负极枝晶两县的问题,大大提高了锂离子电池的安全性,使得锂离子电池的以求商业化应用于。目前少见的石墨负极材料还包括天然石墨、人造石墨等种类,在锂离子电池电池的过程中,Li+从负极迁入到负极,并映射到石墨材料的层状结构之中,构成LiC6的化合物,使得负极呈现金黄色。

负极的金字锂过程主要还包括Li+在电解液和SEI膜中的蔓延,负极表面的电荷互相交换,早已Li在宜看中的蔓延等过程构成,这些过程将必要对锂离子电池的电池速率产生影响。在锂离子电池电池的过程,负极不会产生浓差极化和电化学极化,这都会造成负极的电势要高于其实际的稳态电势,而且随着电池速率的减少,极化不会更进一步减轻,这一方面不会激化副反应的再次发生,另一方面不会造成在负极的表面构成金属锂镀层和锂枝晶,引起锂离子电池的安全性问题和容量上升。图片来源闻参考文献 美国阿贡国家实验室(美国能源部仅次于的研究中心)的L.Somerville对电池速率对石墨负极的影响展开了研究。

研究表明,在0.7C到4C倍率范围内,电池性能的衰降主要与SEI膜的厚度减少有关,而SEI的成分没再次发生显著的变化。但是在6C的倍率下展开电池,SEI膜的成分再次发生的明显的转变,这也造成了锂离子电池的内阻急遽减少。更进一步的研究还找到,在一维型电池中,电芯中间部分的SEI膜更加薄和并且成分也与其他部分的SEI膜有所不同,这有可能是因为在生产过程中电池增生不均匀分布导致的局部温度增高导致的,这种SEI膜厚度和成分上的不均匀分布,不会导致电池在6C电池倍率下,粘结剂再次发生化学变性,导致活性物质从集流体上开裂。

  实验中L.Somerville使用了商业的NMC/石墨18650电池,以尽量还原成商用锂离子电池中石墨负极的工作状态。电池速率被原作为0.7,2,4,6C,静电速率为C/3,电池温度控制在25℃。

  通过报废循环后的电池,随着电池速率的减少,负极的颜色也再次发生了转变,在0.7C和2C的电池倍率下,电极呈现出了皆一的颜色,而到电池倍率提升到4C,电极的中间方位呈现了灰色,而在6C的倍率下,不但中间部分的电极呈现出除灰色,中间部分的活性物质还经常出现了开裂的现象。SEM扫瞄找到,在0.7C和2C的倍率下,电极表面呈现出除完整的状态,但是在4C的倍率下,电极表面开始经常出现一些亮点,6C的倍率下,电极的表面状态则显著有所不同了,由于SEI膜厚度的减少,早已无法辨别分开的石墨颗粒了。

图片来源闻参考文献  该项研究表明,较慢电池对锂离子电池的影响有两个方面:1)有所不同电池倍率的影响有所不同,2)对电极中间和两段的影响有所不同。在完全相同的电池倍率下,电极中间部分的SEI膜要比两段的更加薄,这有可能是由于电极中间部分增生不充份导致电阻减少,电池过程中温度下降引发的,这还不会导致中间部分电极的粘结剂再次发生化学变化,造成活性物质开裂。

电池倍率对电极的SEI膜也有相当大的影响,随着电池倍率的减少,SEI膜的厚度减少,在6C的倍率下,电极SEI膜中包括更好的高分子量化合物和低聚支链化合物。  该项研究说明了了电池倍率对锂离子电池性能的影响的起到机理,并详尽讲解了在大电流电池的过程中,石墨负极表面SEI膜的厚度和成分转变,并在研究中找到了电极增生不充份导致的在大电流电池时,电极中间部分温度更高,活性物质SEI膜更加薄,粘结剂更容易再次发生化学变化,造成活性物质更容易从电极表面开裂。


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