硅基体系电池及其膨胀表征方法
元能科技:苏宇
锂电池的容量小耗电快,对于汽车而言为里程焦虑,反映出传统石墨电极能量密度较低。中国制造计划希望逐步提升电极的能量密度。
负极能够储存的最大电量显示出最大的能量上限。硅氧负极和硅碳负极是两种有潜力的硅基材料,其他的硅基材料很难商业化。
纳米化可以抑制粉化,复合化能减小体积膨胀,粘结剂抑制膨胀。提前补充锂粉可以提升首效性。
对于膨胀力的分析
对极片和电芯层级表征硅负极的膨胀行为。
有特殊的压杆和弹簧的结构件,传递出电池的受力状态。
红色为膨胀曲线,蓝色为电压曲线;充电膨胀,放电收缩。硅碳负极平均膨胀量为4。35微米,硅氧为2。78微米。
随着硅含量的增大,电阻会增大,影响整体电导率。硅氧负极电阻远远大于硅碳负极。
改性后的B材料的基线不可逆副反应累计更小。
将电芯放在两个钢板之间。
两款硅碳电芯的化成行为,前期的膨胀量相近,后期高硅含量的软包电池膨胀更明显。膨胀曲线和嵌锂深度有影响。随之硅含量的增加,嵌锂相变更低。
单圈的充放电,高硅电芯的膨胀明显。随着硅的增加,会有嵌锂相变,会释放更多的容量,膨胀也会随之增大。
同一种正负极材料,不同的粘结剂对单圈的影响很大。
5含硅量的不可逆膨胀积累比3的更高。30个循环前,膨胀变化量和容量保持率基本相同,30圈以后高硅电极迅速衰减。长循环老化后期有更多容量衰减。第一圈和第五十圈,相同嵌锂相变容量有所衰减。相同的峰位向高电压偏转。
恒压力的不同,进行单圈的充放电、右图红色的虚线,膨胀与嵌锂有强相关关系。
压力膜上红色越深,压力越大,应力主要集中在极耳中。0SOC有不可逆膨胀力存在。
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