在线观看www成人影院-在线观看www日本免费网站-在线观看www视频-在线观看操-欧美18在线-欧美1级

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

美國陸軍實驗室通過鋰離子電池來避免鋰電鍍

鋰電聯(lián)盟會長 ? 來源:能源學(xué)人 ? 作者:能源學(xué)人 ? 2021-05-06 17:17 ? 次閱讀

【研究背景】

與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的快速加油相比,鋰離子電池(LIBs)的緩慢充電已成為電動汽車廣泛應(yīng)用的一個關(guān)鍵障礙。人們普遍認為,LIBs的快速充電會加快電池性能的下降,并增加安全風(fēng)險。電池性能下降主要表現(xiàn)為電壓極化的增加,比容量和能量效率的損失。其中,電壓極化的增加歸因于電池阻抗的增加,這是由許多復(fù)雜的因素引起的,如電極上電阻表面層的生長、電池體積膨脹、電解液耗竭等。所有這些問題都與電解質(zhì)溶劑與石墨負極上的鍍Li和高電位下層狀陰極材料釋放的活性氧副反應(yīng)有關(guān)。容量的下降主要與可循環(huán)的Li+離子的損失以及石墨負極和層狀正極材料的結(jié)構(gòu)退化有關(guān),而低能效主要是由于能量損失而產(chǎn)生的,其形式為焦耳熱。而安全風(fēng)險通常來自以下兩個方面:(1)鋰金屬枝晶造成的電池短路和(2)由于存在極強反應(yīng)性的死鋰而導(dǎo)致的熱失控溫度下降,這兩個原因均源于快速充電過程中在石墨正極上電鍍金屬鋰引起的。考慮到這些問題,最近大多數(shù)關(guān)于LIBs快速充電的研究都集中在實際檢測和最小化石墨負極處的Li鍍層以及保護層狀正極材料免受結(jié)構(gòu)退化。

【成果簡介】

近日,美國陸軍研究實驗室張升水等人通過組裝具有相對較低的正極/負極(C/A)容量比的鋰離子電池來避免鋰電鍍,從而將注意力集中在石墨陽極上。發(fā)現(xiàn)在快速充電中,石墨電極上的SEI不能承受鋰化過程的快速體積膨脹,從而導(dǎo)致石墨的破裂和結(jié)構(gòu)剝落以及電解質(zhì)溶劑的逐步分解。提出通過增加在石墨電極的制漿過程中的研磨時間,可以輕松分解大的石墨顆粒,最終通過減小石墨的粒徑來抑制SEI中的此類問題。這項工作的結(jié)果為快速充電的LIBs性能的下降提供了新的見解,并提供了一種使LIBs穩(wěn)定快速充電的簡單策略。相關(guān)研究成果以“Stabilizing Capacity Retention of Li-Ion Battery in Fast-Charge by Reducing Particle Size of Graphite”為題發(fā)表在J. Electrochem. Soc.上。

【核心內(nèi)容】

1、石墨電極的形貌

通過兩種不同球磨時間得到了兩種不同研磨程度的漿料涂層石墨電極。在5分鐘的球磨時間下,大多數(shù)石墨薄片保持了原來的形狀,最大的薄片直徑可達20 μm。而在60min的球磨時間下,石墨薄片被破碎成非常小的薄片。這是由于層狀石墨烯疊層石墨之間的弱范德華力所致;在制漿過程中施加一個小的力就可以很容易地把大的石墨片分解成非常小的石墨片。這為減少石墨的粒度提供了一個絕佳的機會,而不需要像其他地方那樣進行單獨的研磨過程。

2、快速充電的能力

從電壓-容量曲線可以看出(圖2a-2c),在0.5C、5C和10C充電時,這兩個電池的容量、工作電壓和CV/CC充電容量比非常相似。性能的相似性表明,減小石墨的粒徑并沒有顯著提高鋰離子電池的快速充電能力。然而,在測試結(jié)束時,GR60電池比GR5電池保留了更高的容量(圖2d)。這表明,石墨顆粒尺寸的減小有利于穩(wěn)定鋰離子電池在快速充電中的容量保持。

14f7598e-ab46-11eb-9728-12bb97331649.png

圖2. GR5 (Cell-1)和GR60 (Cell-2)鋰離子電池的循環(huán)性能。(a) 0.5 C充電時的電壓分布,(b) 5C充電時的電壓分布,(c) 10C充電時的電壓分布,以及(d)鋰離子電池的充電速率能力和容量保持能力。

從圖3中可以看出,兩個電池在0.5C下以相似的容量(1.25~1.30 mAh cm-2)開始。經(jīng)過1000次10C充電循環(huán)后,GR60電池的容量仍顯著高于GR5電池。同時,在石墨/LiNi0.80Co0.15Al0.05O2電池中也觀察到了類似的結(jié)果,這歸因于可循環(huán)Li+離子的損失,從而降低了C/A容量比并提升了C/A的工作電勢區(qū),并且由于提高了正極的工作電位區(qū)域,從而觸發(fā)了不可逆的層狀-尖晶石-巖鹽相變。為了解鋰離子電池在快速充電中的容量衰減,通過使用一個分別在0.5C和10C下循環(huán)的三電極電池監(jiān)測電池的電壓(U)和電極電勢(NCM811正極的E(+)和石墨陽極的E(?))。并且從結(jié)果(圖4)可以分析出圖3所示的容量衰減與石墨負極電鍍金屬Li無關(guān)。

150d1c2e-ab46-11eb-9728-12bb97331649.png

圖3. 鋰離子電池在10c充電循環(huán)時的庫侖效率和放電容量,其中前20次循環(huán)以0.5 C充電,每100次循環(huán)加入0.1C慢循環(huán),以確定剩余容量。(1) GR5/NMC811電池,(2)GR60/NMC811電池。

1524fc86-ab46-11eb-9728-12bb97331649.png

圖4.鋰離子電池在0.5 C電荷循環(huán) (a)、(b)和10C電荷循環(huán)(c)、(d)期間的電池電壓和電極電位。

3、可恢復(fù)的容量分析

圖5比較了Cell-1和Cell-2的Li半電池循環(huán)的可恢復(fù)容量。可以確定Cell-2中GR60和NCM 811的大部分容量均可恢復(fù),而Cell-1的GR5有近一半的容量無法恢復(fù),而且可恢復(fù)的容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而迅速衰減,說明GR5中的SEI未能保護石墨免于結(jié)構(gòu)脫落和電解液溶劑的逐步分解。雖然Cell-1的NCM811的容量也可以大量恢復(fù),但其恢復(fù)值仍低于Cell-2的NCM811。結(jié)果表明,在當(dāng)前情況下,石墨負極在觸發(fā)鋰離子電池快速充電容量衰減中起著至關(guān)重要的作用。

圖6比較了鋰離子電池和鋰半電池的電壓分布和dQ/dU-U圖。特別是在Li/GR5半電池中,具有特征的三對氧化還原dQ/dU峰幾乎消失(圖6e),這表明GR5中石墨發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性剝落。另一方面,與Cell-2的Li/NCM811電池相比,Cell-1的Li/NCM811電池的多個負極dQ/dU峰被移動到更高的電位(圖6f)。這說明與Cell-2相比,Cell-1中的NCM811發(fā)生了更嚴(yán)重的層狀尖晶石-巖鹽相變。

1548af96-ab46-11eb-9728-12bb97331649.png

圖5. 鋰離子電池在10C充電和0.5C放電條件下循環(huán)1000次后,鋰半電池中石墨負極和NCM811正極的可恢復(fù)容量。Cell-1為GR5/NCM811電池和Cell-2為GR60/NCM811電池。。

155ef47c-ab46-11eb-9728-12bb97331649.png

圖6. 鋰離子電池(a)和(d)、Li/石墨半電池(b)和(e)、Li/NCM811半電池(c)和(f)的電壓剖面和dQ/dU-U圖,其中Li半電池的石墨和NCM811電極取自鋰離子電池,在10C充電后循環(huán)1000次,所有電池在0.5C循環(huán)。(1) GR5電池,(2) GR60電池。

4、測試后的分析

循環(huán)后的GR5中的石墨薄片表面非常干凈,與原始石墨薄片表面非常相似(圖1a)。這說明GR5表面的SEI發(fā)生了分解、剝落。同時,XRD圖譜顯示,與原始GR5相比,循環(huán)后的GR5的(002)和(004)衍射峰的強度明顯減弱,同時出現(xiàn)了兩個未知的小衍射峰,這可能與電解質(zhì)溶劑的分解產(chǎn)物有關(guān)。這也證實了GR5中的石墨經(jīng)歷循環(huán)后發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)剝落。相反,循環(huán)GR60中的石墨表面完全被大量的非晶態(tài)SEI所覆蓋(圖7c),從圖7d中沒有額外的XRD峰可以看出。此外,原始和循環(huán)后的GR60電極石墨的(002)和(004)衍射峰強度之間非常相似,這驗證了分層石墨烯堆在循環(huán)GR60中完好保留。對比圖8b、8c和圖8a,我們可以看到兩種循環(huán)NCM811正極都沒有形成大量的電解液分解產(chǎn)物和二級球形結(jié)構(gòu)的開裂,這也說明了NCM811正極的大部分容量可以在Li/NCM811半電池中恢復(fù)。

基于以上分析,得出Cell-1和Cell-2在快充狀態(tài)下容量衰減的原因有兩個:(1)石墨表面SEI的破壞導(dǎo)致石墨的結(jié)構(gòu)剝離和電解質(zhì)溶劑的遞進分解; (2)可循環(huán)Li+離子從NCM811正極丟失,導(dǎo)致C/A容量比下降,從而提高NCM811正極的工作電位區(qū)域,引發(fā)不可逆的層狀尖晶石-巖鹽相變。由于電解質(zhì)溶劑的分解消耗了Li+離子,NCM811正極的不可逆相變是由于可循環(huán)Li+離子的損失導(dǎo)致C/A容量比下降。

【結(jié)論展望】

綜上所述,本文通過組裝一個C/A容量比相對較低的鋰離子電池來避免鍍鋰,從而研究了快速充電過程中LIBs的容量衰減對石墨陽極SEI失效的影響。減小石墨的粒徑并不能提高鋰離子電池的充電速率,但可以顯著地穩(wěn)定鋰離子電池的快速充電容量。本文研究中所觀察到的容量衰減最終可以歸因于SEI對石墨陽極的破壞。雖然減小石墨的粒徑有利于穩(wěn)定SEI,但需要一種能夠在石墨表面形成穩(wěn)定SEI的電解質(zhì)來推動快速充電LIBs的成功。

原文標(biāo)題:美國陸軍研究實驗室:減小石墨粒徑,實現(xiàn)快充!

文章出處:【微信公眾號:鋰電聯(lián)盟會長】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯:haq

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 電動汽車
    +關(guān)注

    關(guān)注

    156

    文章

    12173

    瀏覽量

    232025
  • 鋰電池
    +關(guān)注

    關(guān)注

    260

    文章

    8171

    瀏覽量

    171164

原文標(biāo)題:美國陸軍研究實驗室:減小石墨粒徑,實現(xiàn)快充!

文章出處:【微信號:Recycle-Li-Battery,微信公眾號:鋰電聯(lián)盟會長】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    鋰離子電池和三元鋰電池,誰更安全?

    鋰離子電池和三元鋰電池在安全性上各有優(yōu)劣。鋰離子電池憑借其成熟的技術(shù)和穩(wěn)定的性能,在安全性方面有著堅實的保障;三元鋰電池雖然在能量密度上表現(xiàn)突出,但在安全性上仍需不斷改進和完善。隨著科
    的頭像 發(fā)表于 01-23 15:19 ?38次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>和三元<b class='flag-5'>鋰電池</b>,誰更安全?

    新能源行業(yè)鋰離子電池測試

    01背景新能源行業(yè)是近年來快速發(fā)展的一個新興產(chǎn)業(yè),其主要特點是利用可再生能源和清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源,從而實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。鋰離子電池作為新能源行業(yè)的核心部件之一,其性能和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)
    的頭像 發(fā)表于 07-21 08:33 ?674次閱讀
    新能源行業(yè)<b class='flag-5'>鋰離子電池</b>測試

    通信電源系統(tǒng)的守護者:鋰離子電池

    在通信電源系統(tǒng)中,為保障通信電源系統(tǒng)不間斷工作,鋰離子電池作為備用電源,成為其重要的守護者。一套配置了鋰離子電池的通信電源系統(tǒng),當(dāng)市電停電時,鋰離子電池立即取代市電為負載設(shè)備供電,以確保負載能不
    的頭像 發(fā)表于 06-15 08:05 ?164次閱讀
    通信電源系統(tǒng)的守護者:<b class='flag-5'>鋰離子電池</b>

    鋰離子電池的優(yōu)缺點及應(yīng)用

    隨著科技的飛速發(fā)展,電池技術(shù)作為能源存儲的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在各個領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。其中,鐵鋰離子電池以其獨特的性能和優(yōu)勢,成為了電池市場中的一顆璀璨明星。本文將對鐵鋰離子電池的優(yōu)
    的頭像 發(fā)表于 05-24 18:02 ?2691次閱讀

    鋰離子電池化成及分容工藝概述

    01鋰離子電池 根據(jù)《中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(2023年)》,全球整體鋰離子電池出貨量在2022年達到957.7GWh,同比增長70.3%。其廣泛應(yīng)用于新能源汽車、電站儲能電源系統(tǒng)、消費
    的頭像 發(fā)表于 05-21 17:44 ?5762次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>化成及分容工藝概述

    鋰離子電池的工作原理、特點及應(yīng)用

    鋰離子電池,作為現(xiàn)代高性能電池的代表,自其誕生以來就受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。它以其獨特的優(yōu)勢,如高能量密度、長壽命、無記憶效應(yīng)等,迅速占領(lǐng)了電池市場的大部分份額。本文將詳細介紹鋰離子電池
    的頭像 發(fā)表于 05-21 16:46 ?3813次閱讀

    LIMS實驗室管理系統(tǒng)如何為鋰電池實驗室助力

    。然而在生產(chǎn)研發(fā)過程中,鋰電池實驗室常面臨著以下問題: 1)鋰電池研發(fā)過程中涉及大量的實驗數(shù)據(jù),包括電池性能數(shù)據(jù)、材料分析數(shù)據(jù)等,依靠人工歸
    的頭像 發(fā)表于 05-08 11:56 ?412次閱讀

    鋰離子電池的優(yōu)缺點

    鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),其工作原理主要依賴于鋰離子在正極和負極之間的移動。在充電過程中,鋰離子從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極,
    的頭像 發(fā)表于 05-06 17:20 ?2886次閱讀

    磷酸鐵鋰電池鋰離子電池有什么區(qū)別

    磷酸鐵鋰電池鋰離子電池在多個方面存在明顯的區(qū)別。
    的頭像 發(fā)表于 05-06 17:06 ?6270次閱讀

    聚合物鋰電池是什么 鋰離子電池和聚合物鋰電池的區(qū)別

    聚合物鋰電池是什么 鋰離子電池和聚合物鋰電池的區(qū)別? 聚合物鋰電池是一種新型的鋰離子電池,它采用了由聚合物形成的電解質(zhì),相比傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)
    的頭像 發(fā)表于 03-07 16:54 ?1600次閱讀

    電池有望5年內(nèi)取代鋰離子電池

    鋰離子電池
    北京中科同志科技股份有限公司
    發(fā)布于 :2024年03月06日 08:50:53

    鋰離子電池原理有何優(yōu)勢?

    與傳統(tǒng)電池技術(shù)相比,鋰離子電池充電更快,使用更持久,而且更高的功率密度可實現(xiàn)更長的電池使用時間,同時身形更加輕巧。
    發(fā)表于 02-25 09:49 ?351次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>原理有何優(yōu)勢?

    典型鋰離子電池充電器電路圖分享

    鋰離子電池充電器是一種專門用于為鋰離子電池充電的設(shè)備。由于鋰離子電池對充電器的要求較高,需要保護電路,所以鋰離子電池充電器通常都有較高的控制精密度,能夠?qū)?/div>
    的頭像 發(fā)表于 02-07 18:23 ?7911次閱讀
    典型<b class='flag-5'>鋰離子電池</b>充電器電路圖分享

    鋰電池分哪幾種類型 鋰離子電池和三元鋰電池哪個好

    鋰電池是一類常見的可充電電池,由鋰離子和其他金屬離子通過在正極和負極之間移動形成電流。根據(jù)不同的正極材料和
    的頭像 發(fā)表于 01-30 14:36 ?4305次閱讀

    鋰離子電池生產(chǎn)過程中濕度控制的重要性

    會對電解液帶來不良影響:電解液變質(zhì)電解液是電池離子傳輸?shù)妮d體,由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳導(dǎo)離子的作用,是鋰離子電池
    的頭像 發(fā)表于 01-25 17:10 ?1351次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>生產(chǎn)過程中濕度控制的重要性
    主站蜘蛛池模板: 久久亚洲视频| 精品一区 二区三区免费毛片| 久色中文| 在线播放交视频| 97影院3| 国产亚洲人成网站观看| 国产资源在线观看| 成年午夜一级毛片视频| 免费视频色| 四虎地址8848最新章节| 四虎影视在线影院4hutv| 日韩精品毛片| 开心激情小说| 成年人黄色片视频| 伊人网在线视频观看| 天天操你| 777欧美| 男女交性视频免费播放视频| 字幕网中文aⅴ资源站| 天堂网在线www| 另类图片综合网| 波多野结衣在线网站| 搜索黄色录像| 天天躁狠狠躁夜夜躁| 人人爱天天做夜夜爽毛片| aa视频免费看| 欧美不卡视频在线| 四虎影音在线观看| 久久99免费| 午夜看看| 免费任我爽橹视频在线观看| 凹厕所xxxxbbbb偷拍视频| 亚洲欧美网| 婷婷色网| 久久男人的天堂色偷偷| 97影院理论片在线观看| 九九视频这里只有精品| 在线观看日本亚洲一区| 性刺激的欧美三级视频| 欧美 亚洲 国产 精品有声| 天堂网在线资源www最新版|