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时间:2023-03-09
《磷酸铁锂石墨电池的高温存储失效原理》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、 磷酸铁锂石墨电池的高温存储失效原理引言 磷酸铁锂+石墨,是目前动力、储能电池中较为常见的材料体系;而高温下的满电存储,又是这类产品每日都可能遇到的使用条件。此时,电池内部会发生什么样的变化呢? 实验方案 材料体系:磷酸铁锂正极+人造石墨负极 电池型号:软包10Ah 电压范围:2.50~3.70V 电解液:1mol/LLiPF6,EC:DMC:DEC=3:3:4,1%VC 为了对比不同充电截止电压、不同温度对高温存储后性能的影响,共设计了九个实验方案,如下:7 电池在以上状态下进行长期存储,每7天测试一次恢复容量、厚度膨胀及内
2、阻。其中厚度膨胀使用排水法测试,计算出体积的增长率。 温度的影响 对比电池充电截止电压为3.70V时,不同存储温度对恢复容量及产气量的影响,结果如下: 从上图中,可以得出以下结论: 1)随着存储温度的上升,恢复容量逐渐降低、厚度膨胀逐渐升高;7 2)存储前期,恢复容量成线性下降、厚度膨胀成线性上升;但是存储到一定时间段后,容量的下降速度和厚度的上升速度出现拐点,并明显加快; 3)存储的温度越高,上述拐点的出现时间越早;对同一温度而言,容量降低的拐点与厚度上升的拐点基本同时出现。 电压的影响 在存储温度为45℃时,对比不同充电截止电
3、压对电池恢复容量及厚度膨胀的影响,结果如下:7 从上图可以看出,随着电压升高,容量恢复率逐渐降低、厚度膨胀率逐渐升高,且当磷酸铁锂电池充电截止电压高于3.7V时,高温存储性能发生了显著的恶化。 内阻的变化 测试电池在45℃、3.70V存储时,电荷转移阻抗、SEI膜阻抗、欧姆内阻随存储时间的变化,结果如下图所示: 可以看出,当电池进行高温存储时,电池的欧姆内阻和电荷转移阻抗的增长幅度都不太高,主要增长的,是电池的SEI膜阻抗(增长了接近十倍)。这也从侧面说明,电池高温存储下的副反应,主要发生在负极与电解液之间,而副反应产物基本堆积在了负极表
4、面,从而造成了SEI膜阻抗的大幅增加。 失效的机理 拆解高温存储后的电池,并对负极进行SEM分析,结果如下:7 从上图可以看出,在电池进行了高温存储后,表面会覆盖一层较厚的反应物,当存储电压高达3.8V时,负极表面几乎被反应物完全覆盖、无法区分材料颗粒。这一层厚厚的反应物,主要由负极与电解液的副反应形成。这也是电池高温存储后,SEI膜阻抗及电荷转移阻抗大幅增加的主要原因。 对负极表面物质进行元素分析,结果如下:7 对于新电池的负极而言,负极表面主要是C元素及O元素,猜测主要是以碳酸锂为主的SEI膜成分。当进行了高温存储后,C元素含量大幅
5、降低,O元素、F元素显著增加,一
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