191113 快充对负极材料性能影响机理浅析
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快充对负极材料性能影响机理浅析
一、背景及目的 二、方案 三、极片分析
1、解剖 2、SEM 3、HPLC 4、XPS 四、结论
wk.baidu.com
目录
背景及目的
1、背景及目的
1）电动汽车和传统内燃机相比，电动汽车一般行程100~300km，传统汽车 800~1000km， 电动汽车充电要8小时，传统汽车加油只需5min。
2）大电流充电会显著降低电芯的寿命。 3）充电倍率反映锂离子迁移的速度。 4）锂离子覆盖电极表面的速度加快受三个因素影响：低温，大电流和高电位。
a、锂离子覆盖和嵌入电极同时发生； b、低温阻碍嵌入； c、负极在大电流下会被极化到更低的电位，嵌入被覆盖取代。 5）增大电流会使电极SEI膜变厚，同时阻塞电极上的孔。 6）在锂离子电池充电的过程，负极会产生浓差极化和电化学极化，这都会导致负 极的电势要低于其实际的稳态电势，而且随着充电速率的增加，极化会进一步加重 ，这一方面会加剧副反应的发生，另一方面会导致在负极的表面形成金属锂镀层和 锂枝晶，引发锂离子电池的安全性问题和容量下降。
从不同倍率充电电极的中间部位获取表面绝缘层覆盖膜样品，进行测试
6C倍率充电的电极表面覆盖膜中含有的高分子量物质比其他三个倍率的要多，其 他三个倍率的基本一致。
3、极片分析 4）X射线光电子能谱
极片分析
随着充电倍率增加，负极表面膜的成分和含量增加，且电芯极卷中间部位比外部膜的含量高
结论
4、结论 1）在0.7C到4C倍率范围内，电池性能的衰降主要与SEI膜的厚度增加有关，而SEI的成分没 有发生明显的变化。但是在6C的倍率下进行充电，SEI膜的成分发生的显著的改变，这也导致 了锂离子电池的内阻急剧增加。 2）快速充电对锂离子电池的影响有两个方面： a、不同充电倍率的影响不同；充电倍率对电极的SEI膜也有很大的影响，随着充电倍率 的增加，SEI膜的厚度增加，在6C的倍率下，电极SEI膜中包含更多的高分子量化合物和低聚 支链化合物。 b、对电极中间和两段的影响不同；在相同的充电倍率下，电极中间部分的SEI膜要比两 段的更厚，这可能是由于电极中间部分浸润不充分造成阻抗增加，充电过程中温度上升引起的 ，这还会造成中间部分电极的粘结剂发生化学变化，导致活性物质脱落。
扫描电镜
SEM扫描发现，在0.7C和2C的倍率下，电极表面呈 现出干净的石墨，但是在4C的倍率下，电极表面开始出 现一些亮点，6C的倍率下，电极的表面状态则明显不同 了，由于SEI膜厚度的增加，已经难以分辨单独的石墨颗 粒了。电极的中间部位覆盖的绝缘层明显比外部明显。
极片分析
3、极片分析 3）高效液相色谱
实验方案
2、实验方案 1）NiMnCo/石墨电芯为实验对象； 2） 25℃充电速率被设定为0.7，2，4，6C，放电速率为C/3； 3）拆解循环后的电芯。
极片分析
3、极片分析 随着充电速率的增加，负极的颜色也发生了改变，在0.7C和2C的充电倍率下，电极呈
现了均一的颜色，而到充电倍率提高到4C，电极的中间位置呈现出了灰色，而在6C的倍 率下，不但中间部分的电极呈现灰色，中间部分的活性物质还出现了脱落的现象。
一、背景及目的 二、方案 三、极片分析
1、解剖 2、SEM 3、HPLC 4、XPS 四、结论
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背景及目的
1、背景及目的
1）电动汽车和传统内燃机相比，电动汽车一般行程100~300km，传统汽车 800~1000km， 电动汽车充电要8小时，传统汽车加油只需5min。
2）大电流充电会显著降低电芯的寿命。 3）充电倍率反映锂离子迁移的速度。 4）锂离子覆盖电极表面的速度加快受三个因素影响：低温，大电流和高电位。
a、锂离子覆盖和嵌入电极同时发生； b、低温阻碍嵌入； c、负极在大电流下会被极化到更低的电位，嵌入被覆盖取代。 5）增大电流会使电极SEI膜变厚，同时阻塞电极上的孔。 6）在锂离子电池充电的过程，负极会产生浓差极化和电化学极化，这都会导致负 极的电势要低于其实际的稳态电势，而且随着充电速率的增加，极化会进一步加重 ，这一方面会加剧副反应的发生，另一方面会导致在负极的表面形成金属锂镀层和 锂枝晶，引发锂离子电池的安全性问题和容量下降。
从不同倍率充电电极的中间部位获取表面绝缘层覆盖膜样品，进行测试
6C倍率充电的电极表面覆盖膜中含有的高分子量物质比其他三个倍率的要多，其 他三个倍率的基本一致。
3、极片分析 4）X射线光电子能谱
极片分析
随着充电倍率增加，负极表面膜的成分和含量增加，且电芯极卷中间部位比外部膜的含量高
结论
4、结论 1）在0.7C到4C倍率范围内，电池性能的衰降主要与SEI膜的厚度增加有关，而SEI的成分没 有发生明显的变化。但是在6C的倍率下进行充电，SEI膜的成分发生的显著的改变，这也导致 了锂离子电池的内阻急剧增加。 2）快速充电对锂离子电池的影响有两个方面： a、不同充电倍率的影响不同；充电倍率对电极的SEI膜也有很大的影响，随着充电倍率 的增加，SEI膜的厚度增加，在6C的倍率下，电极SEI膜中包含更多的高分子量化合物和低聚 支链化合物。 b、对电极中间和两段的影响不同；在相同的充电倍率下，电极中间部分的SEI膜要比两 段的更厚，这可能是由于电极中间部分浸润不充分造成阻抗增加，充电过程中温度上升引起的 ，这还会造成中间部分电极的粘结剂发生化学变化，导致活性物质脱落。
扫描电镜
SEM扫描发现，在0.7C和2C的倍率下，电极表面呈 现出干净的石墨，但是在4C的倍率下，电极表面开始出 现一些亮点，6C的倍率下，电极的表面状态则明显不同 了，由于SEI膜厚度的增加，已经难以分辨单独的石墨颗 粒了。电极的中间部位覆盖的绝缘层明显比外部明显。
极片分析
3、极片分析 3）高效液相色谱
实验方案
2、实验方案 1）NiMnCo/石墨电芯为实验对象； 2） 25℃充电速率被设定为0.7，2，4，6C，放电速率为C/3； 3）拆解循环后的电芯。
极片分析
3、极片分析 随着充电速率的增加，负极的颜色也发生了改变，在0.7C和2C的充电倍率下，电极呈
现了均一的颜色，而到充电倍率提高到4C，电极的中间位置呈现出了灰色，而在6C的倍 率下，不但中间部分的电极呈现灰色，中间部分的活性物质还出现了脱落的现象。