|
【电解液用量对电池的影响】 在锂离子电池生产工艺链中，注液工艺对最终产品的质量和成本起着举足轻重的作用，包括向电池中加入电解质液体以及随后润湿电池组件的过程。电解液的加入量不仅影响电极和隔膜的润湿率，而且影响着电池的容量和寿命，然而，过多的电解液会增加重量，导致较低的能量密度，不必要地增加了电池的成本。为了在保证生产成本低的同时，还要保证电池的质量，慕尼黑工业大学Florian J. Günter等人研究了最佳的电解液用量，根据电化学阻抗谱、注液过程、老化过程和寿命试验等实验数据，给出了方形电池的电解质用量、润湿速率、容量、能量密度和寿命之间的相互关系。（注：本文图形下标顺序与原文保持一致）
图1. 将电极作为电池组件对产品能量密度影响的指示器后，NMC电极在电池组件的工艺步骤中的份额变化，体积系数vf表示电解质的剂量。 从上表可以看出，电解液的滴加精度，老化后的电解质量和电池容量、寿命试验中的电流相对应，将密封压力设置为3 bar，持续3秒，密封温度为195°C。在对电池室进行通风后，电池在环境压力下保持180分钟，然后首次充电。在润湿过程中，使用Gamry仪器界面5000E恒电位仪进行电化学测量，该序列由开路电位（OCV）和EIS测量组成，并被编程为至少重复90分钟，首先，用0.5秒的采样周期测量OCV 15秒，随后，恒电位以100 kHz的初始频率启动，作为施加到电池的交流刺激信号。 润湿阶段以最小HFR（图a）或润湿速度最慢（图b）结束，在EIS测量过程中，由于局部电解质供应过多，导致电路与非湿润区域平行。在第二阶段，电解质液体被重新分配到剩余的孔中，但这些孔并不会同样程度地充满电解质，湿润过程中毛细力作用取决于孔隙半径。因此，如果没有足够的电解质存在，小孔中电解质流体的体积分数会增加，而较大孔的接触角相同，第二阶段是在所有细胞组分的孔隙之间达到力平衡（如毛细管力、气体压缩、重力等）时完成的。宏观上看，电解质液体的分布是均匀的，随着时间的推移，HFR恒定，润湿速度收敛到零。 图3. 电池的可逆比容量和能量密度取决于寿命试验前三个循环（0.1 C、0.5 C、1 C）中的电解质量。 从上图中可以看出，当电解液的量增加到vf 1.4时，电池的性能会提高，从而减少其寿命期间的容量损失，然而，进一步增加电解液用量（vf 1.6-1.8），则在1 C下前200个循环中观察到更大的容量损失。电池可以在某种程度上补偿这种损失：即使650次循环后0.5 C时的容量再次高于vf 1.2，电池仍低于vf 1.4的性能。第一个周期内容量损失的不良影响可归因于VC过量，在循环过程中未消耗的添加剂生成CEI，直到耗尽。 图5. 电池容量和放电电压在1 C时寿命试验中，第1、100和500个循环中与电解液用量的关系。 文章详情：Florian J. Günter, Clemens Burgstaller, Fabian Konwitschny, and Gunther Reinhart. Influence of the Electrolyte Quantity on Lithium-Ion Cells. Journal of The Electrochemical Society. 2019. 166 (10) A1709-A1714. DOI: 10.1149/2.0121910jes 原文链接：http://jes./content/166/10/A1709 【汽车锂动力电池的老化X射线成像分析】 随着电动汽车数量越来越多，电池组在电池寿命内的耐久性是公众关注的一个重要问题，它在很大程度上决定了汽车的价值。然而，要知道电池的确切健康状态仍然是一个挑战，特别是由于对单个电池老化的理解不够深入，并且老化性能取决于电池的化学性质和设计。在本文中，德国赫尔姆霍兹研究所Egbert Figgemeier等人采用X射线计算机断层扫描（CT），对新的电池和老化后的电池电极进行了对比，确定了电池因结构变化引起的寿命问题。具有亚微米分辨率的X射线CT图像，可以显示出电极的内部孔隙结构，并识别出材料的形态，从而可以对老化负极中孔隙率的降低的有机残留物的沉积进行了量化和可视化，以及检测到正极颗粒的开裂和集流体的腐蚀现象。所有这些都是由老化效应引起的，会严重影响电池容量和阻抗大小，而本文对锂分布进行定量分析，可以很好的解释老化引起负极颗粒表面层中的可循环锂的损失的问题。 上图为电池在老化过程中的容量和电阻变化过程，当电池的剩余容量小于额定容量的80%时，测试结束，可以看到，随着时间的推移，阻抗不断增大。 电池及其组件的尺寸如上图所示，与大多数锂离子电池一样，负极比正极大，40 Ah电池的负极悬垂面积为8%，50 Ah电池的负极悬垂面积为7%。 图3. 电池在不同SOH时锂的分布状态。
图4. 负极处的SEM图，从左至右依次为老化前的负极、老化后的负极以及老化后含有Al的负极。
上图所示的切片图像，与真实电极的三维图像几乎吻合，因此模拟可以用来确定孔隙率数据。在计算气孔率之前，所有来自ZEISS Xradia 810 Ultra的纳米CT图像都被贴上标签，以区分这些片段，分割片段后，计算出孔隙面积以及颗粒面积。
图7. 正极在老化前后的XRadia Ultra CT图像。 上图显示了正极活性材料的厚度变化，老化前电极的厚度为139μm，老化电极的厚度为158μm。上图左侧的集流体在老化前和老化后具有相同的厚度，这一发现揭示了粒子的结构变化对电极高度的影响。 文章详情：Christiane Rahe, Stephen T. Kelly, Mansoureh Nourozi Rad, Dirk Uwe Sauer, Joachim Mayer, Egbert Figgemeier. Nanoscale X-ray imaging of ageing in automotive lithium ion battery cells. Journal of Power Sources. 2019. 433, 126631. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.05.039 原文链接：https:///10.1016/j.jpowsour.2019.05.039 【超高精度充放电系统，评估石墨负极的库伦效率】 在本文中，日本京都大学Takahiro Yamaki等人开发了一种超高精度的充放电系统(UHP C/D)，可以精确地控制和测量充放电电流，利用该UHP C/D系统，作者发现石墨复合负极的库仑效率与负载密度有很大关系。通过线性回归法计算出不可逆承载力与荷载的关系，作者确定了两种不可逆的承载力：一个与复合负载成比例，另一个与负载无关。这一结果表明，在充放电过程中，复合材料内部和表面的副反应速率是不同的。
上图显示了具有不同复合密度和负载电池的充电容量、放电容量和CE的循环结果，在图中，第九次和第十次循环是在相同条件下使用不同的仪器进行的（用于电化学阻抗测量），因此，这些循环的数据没有显示在图1中。作者以1/20 C的充放电电流下进行循环，并在第14和第16个循环时暂时停止，将电流分别更改为1/50 C和1/100 C继续循环。
上图为第六圈循环的CE与复合材料厚度的关系。可以看到，不同密度和负载下石墨负极的CEs差异非常小，例如，在第六个周期，CEs在99.62–99.67%范围内，因此，用典型的实验室充放电系统很难测量石墨复合负极CE对不同微观结构参数的依赖性，而本文的UHP C/D系统则能够清楚地表明这些细微的差异。
上图为具有不同复合密度和负载水平的电池在第1、第13、第15（1/50 C）和第17（1/100 C）圈时的CE。
图4. A–B：电解质浓度为0.3和2.0 mol dm-3时电池的CE；C-D：CE对电解质浓度的依赖性：低浓度和中等浓度。
图5. A：以轻、中等密度负极为例时的dQ/dV曲线；B–G: 1/20C第六圈0.08–0.05V和1/100 C第17圈0.08–0.05V时的dQ/dV曲线。
图6. 每种密度下电池不可逆容量（Qirr）的线性回归计算。
图8. 不可逆容量(Qirr)的线性回归计算结果：(A):坡度；(B):截距。 文章详情：Takahiro Yamaki, Yoshio Ukyo. Evaluation of coulombic efficiency of composite graphite anode by ultrahigh-precision charge/discharge system. Journal of Power Sources. 2019. 433, 126677. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.05.083 原文链接：https:///10.1016/j.jpowsour.2019.05.083 【布拉格光栅传感器对锂电池进行高精度应变监测】 锂离子电池在储能应用中有着广阔的前景，而目前，发电站存在两个主要问题：成本和安全，尽管成本问题正在逐步得到解决，但安全性一直是锂离子电池大规模利用的挑战。电池管理系统主要依靠电压和电流监测，是保证电池安全运行的有效手段，同时，应变也是电池状态监测的一个同样重要的参数，它也可以提高电池的安全性和利用效率。因此，在本文中，西安交通大学Shuhai Jia等人提出了一种基于光纤布拉格光栅传感器的高精度应变监测方法，该传感器由光纤布拉格光栅组成，由于其具有灵敏度增强机制，因此比裸光纤布拉格光栅传感器更灵敏。通过与裸光纤布拉格光栅传感器的对比试验，证实了该传感器在电池应变监测方面的性能，通过对应变与荷电状态/放电深度之间关系的研究表明，应变随着荷电状态的增加而增加，随着放电深度的增加而减小。该方法将来可以为电池管理系统提供动力电池应变数据。
图1. 灵敏度增强型FBG传感器的结构：（a）组装和分解图；（b）灵敏度增强型结构。
图2. 灵敏度增强结构图：（a）杠杆结构俯视图；（b）杠杆结构的简化模型。
图3. （a）初步模拟结果，（b）进一步优化结果。 上图为校准实验的设置和结果，箔计监测板上的波长位移和应变的平均数据如图b所示，表明应变和波长位移之间存在良好的线性拟合，传感器的灵敏度为11.55 pm με−1，是裸FBG（1 pm με−1）灵敏度的11.55倍。随机力测试验证了作者设计的FBG传感器测量出的应变与应变计测量的应变具有良好的一致性，证明了所设计的传感器能够提供准确的应变测量。
上图为试验装置和试验布置
FBG传感器的波长偏移如上图所示，总体而言，充放电循环的平均灵敏度增强系数为11.69，也就是说，该传感器的响应比裸FBG传感器的响应大11.69倍。该结果与标定试验结果非常接近，表明该传感器的灵敏度是裸FBG的11.55倍，证实了作者提出的光纤光栅传感器能够高精度地监测电池应变。
上图显示了六种不同充放电模式下的结果，裸FBG的数据通常与我们在充放电过程中提出的传感器数据相似，但在细节上存在一些差异。裸光纤光栅的应变数据显示了整个过程中有一些波动，通过对这两条曲线的比较，表明该传感器具有较强的抗干扰能力和稳定性。
图8. (a), (b)：1C重复充放电循环中的应变与SOC和DOD之比；(c), (d)不同倍率充放电循环中的应变与SOC和DOD之比。 文章详情：Jun Peng, Xing Zhou, Shuhai Jia, Yiming Jin, Shouping Xu, Jizhong Chen. High precision strain monitoring for lithium ion batteries based on fiber Bragg grating sensors. Journal of Power Sources. 2019. 433, 226692. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.226692 原文链接：https:///10.1016/j.jpowsour.2019.226692 将『能源学人』添加星标 就能第一时间接收到当天的最新消息 （疯狂暗示）
|
|
|
来自： young1987_tsg > 《其他组件》
