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授课录音讲义:锂离子电池容量损失分析步骤
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非常感谢langzhizhou老师的授课以及对讲义的审阅和修改,我学到了很多东西,下面是语音讲义部分转文字部分: 希望对大家有所帮助,再次感谢langzhizhou老师 1.大家好,今天我们简单的讲一下关于锂离子电池的分析的基本步骤 2.一般来说,锂离子电池的劣化分析也好,容量损失也好,还是对比电池也好,基本上步骤都是差不多的 4.我们先说一下基本的锂离子电池的分析步骤,一般来说,我们拿到一个对比电池和一个劣化的电池,先要看它的基本状态,有没有容量损失,要看它的基本容量,然后有没有漏液,有没有产气发鼓 6.容量损失一般分为可逆容量损失和不可逆容量损失,可逆容量损失也就是说,我们经过后续的循环,容量可以恢复过来,一般是自放电之类的东西,所以我们不太考虑它,主要看不可逆容量损失 7.锂离子容量损失一般可以分为几类,有简单的初始物质容量损失,还有一个次级活性物质损失,还有一个倍率性的损失,简单来说就是活性物质本身的容量有没有减少,再一个,活性锂离子的容量有没有减少,还有就是说我们的极化损失 8.简单测试方法也就是说我们可以通过正负极活性材料的容量损失来估算一下在反应前后,或者说循环前后该活性物质有没有一个固有的容量损失,然后利用电荷平衡来估算一下活性的锂离子的损失,最后我们可以利用倍率充放电来估算下它的极化损失 9.通过这几类的容量损失的分析对比,你可以发现你的锂离子容量损失主要来源于何处,是什么影响比较大,哪一个是占主要的主导地位 10.我们先说简单的极化损失,这个比较好计算,也就是说,我们把一个电池按照基本的1C或者0.5C充放电,记上一个初始容量,然后再记上一个小倍率的0.1C,或者说0.05C,做一个小倍率充放电容量,拿它相互一去减,他们的差值,就说我们这个电池的极化容量损失 11.这里要考虑到循环前或者循环后他们电池的一个对比 12.然后再说固有容量损失,简单的说就是做扣式电池,我们一个新鲜材料或者循环前的材料,把它解剖后,做一个扣式电池,然后,循环后的劣化电池把它解剖后,做一个扣式电池,分别对极片做扣式电池,来测试它的固有容量 13.这样我们可以推算这个材料有没有什么改变或者说它的材料本身结构有没有坍塌,或者变化,而造成的锂离子的容量发挥不出来,也就是说固有材料本身的容量差异有多少 14.如果有其他的方法跟他对比就最好了,比如说电镜啊,XRD啊红外啊,跟他对比着看就更好了 15.再回到我们之前说到的容量损失的分类,然后前面我们说到了极化容量损失,还有固有容量损失,然后还剩下一个锂离子的容量损失 16.简单的计算方法就是说,我们把一开始的容量损失减去极化容量损失,再减去固有容量损失,我们得到的就是锂离子的容量损失 18.这是一种方法来分析锂离子容量损失,然后我们还有一种方法是通过作orgin曲线的方式 19.我们用尽可能小的对锂离子电池做一个充放电,比如说0.05C或者0.04C 20.同时用安捷伦或者欧姆龙这种专业的数据采集仪来采集电池的电压数据 21.后续处理,把这个数据采集仪采集到的电压转换成容量曲线 22.再通过微分的方式作一个dV/dQ曲线 23.这样对大部分电池来说,我们可以得到一个很漂亮的对比峰 25.这里面的峰形对应着你的充放电曲线里的台阶的变化,也就是说充电的平台的变化 26.对于负极是石墨来说,这每一阶的容量是固定的,C6Li,C12Li,C36Li或者C27Li 27.我们可以把循环前后两个数据的曲线放在一起对比,就会发现他们的峰形是偏移了还是说压缩了 28.因为负极是过量的,也就是说石墨的容量是大于电池的总体容量的,所以说C6Li是达不到的 29.而C12Li它的前后容量是固定的,也就是说,对于石墨来说.C6到C12的容量和0到C12的容量是一样的 30.如果C12的峰往前偏移了,这个就是说明:锂离子电池容量损失是来源自锂离子的损失 31.如果C12,C36,C72他们之间的峰间距发生改变,这个时候就说明是材料本身容量发生变化,也就是说固有容量发生了损失 32.这是一种简单的方法来推算一下,可以跟前面的方法做一个对比 33.通过确定以上三种方式,你就可以简单的看一下,你所得到的电池是哪种容量损失占主导地位,离子损失?固有容量损失?或者是极化损失?对你后面的分析改善来说就有一个方向 34.如果说极化损失比较大的话,我们可以在前面看到电池的阻抗或者半电池的阻抗都应该发现一个明显的差异 35.这里你都可以结合我们后续的其他方法,像SEM,TEM,ICP,XRD或者说XPS表面形貌分析来看一下,我们材料表面有没有发现更明显的变化,和我们前面得到的容量损失的类型有没有一个必然的联系 36.前面说到做扣式电池,也就是半电池,它的阻抗分析,一般来讲,我们做50%的比较多,做50%之后,做一个简单的EIS测试,来拟合一下或者是对比分析一下 37.我们也可以做半电池的CV测试,来看一下,我们的CV峰有没有什么变化,可逆性和起峰位有没有什么变化或者偏移 38.我们说的这所有的测试都要看对比,无论是阻抗,CV还是SEM,电镜这些测试,甚至包括容量,dV/dQ曲线,一定要看对比,有前有后 39.做测试,有简单的办法,也有复杂的办法,简单的办法就像前面说的,做个容量,做个倍率,做个阻抗,然后把电池拆掉,做个扣式电池,这是最基本的方法 41.一般来说,我们拿到一个电池,如果你的资源比较丰富的话,可以做一个复杂的分析,数据就很多,资源也很多 42.不一定非得是劣化分析,也可以是不同材料的分析,不同粘结剂的分析,不同电解液的分析43.把电池拿到手之后先看它外观,有没有发鼓,变形啊,漏液啊,甚至是焊接有没有变化啊 44.然后再看电解液的产气,你可以专门做一个收集产气的装置 45.来分析一下具体成分： H2啊CO2啊CO啊N2啊,做GC-MS或者TCD都可以 46.做一下剩余的电解液的成分的分析,包括溶剂啊,锂盐啊,有没有其他的反应物,做一下GC-MS、ICP、IC、NMR 47.后面把电池拆掉之前还可以做一个三电极的测试 48.一般来讲,053450电池比较好做 49.像大一点的电池,十几Ah,二十几Ah,甚至更大的四五十Ah的电池,它就不好做,你不能简单的拆掉 50.因为电池里面可能不止一个电芯,可能有两个电芯或者三个电芯的电池,比较复杂一些 51.你要单独留下一个电芯,把正负极分开,把锂片放到正负极之间 52.如果是软包电池还比较好做,如果是钢壳或者是铝壳电池就会比较复杂一些,你自己小心,不要把电池漏液了,或者是破坏掉了 53.利用三电极可以简单判断一下它的正负极的分布情况.阻抗有没有什么变化 54.再往后面就是把电池解剖掉 55.如果你的资源比较多的话,可以做一个放电态解剖（0%SOC）和一个满电态解剖（100%SOC）的对比 56.如果极化比较大的电池,它的满电态差异会非常大大 57.一般负极的满电态是金黄色,而如果你的电池有一部分极化比较大,甚至一部分阻抗很大很大的话,它就不是金黄色,甚至褐色或者蓝色 58.刚刚说的是电池的满电态解剖和放电态解剖 59.以前我们做的扣式电池,一般做的是放电态解剖 60.因为负极比较活泼,所以满电态解剖只是一个暂时的测试方法 61.如果你有手套箱的话,可以放到手套箱里面,这个是保存时间还是比较长的 62.当然也有更先进的,像低温解剖 63.有人拿液氮把电池冷却掉然后再解剖 64.满电态解剖要小心一点,因为负极比较活泼,遇到水或者O2,特别是水,很容易着火 65.隔膜一般有打皱,破裂,还有变薄的情况 66.解剖后的电池,我们拿放电态来说,正极可以用来做一些测试,来确定材料有没有什么变化,结构有没有什么改变,然后有没有金属的溶出 67.一般来说,比如粒度分布,还有元素组成的分析变化,分析物质表面的状态,价态,然后构成元素的一个分析,以及结构的一个变化,还有活性物质导电剂的一个变化,然后深度方向的一个元素分析 68.具体方法,SEM,TEM,EDX,EELS,XRF,ICP,XPS,FTIR,NMR,XRD,拉曼....这些东西都有 69.看你的资源方式了,你资源比较多,做的测试比较多,然后你的结果就会比较丰富,如果资源少的话,你就捡少量的做,做一些,自然会少一些,但是对比性一定会少一些 70.像负极我们也可以测下表面的形态,断面有没有情况,表面元素的组成,它的化学状态,然后,官能团的变化,还有微量元素的变化,合理化学状态的组成含量,表面堆积物的构造[ Last edited by langzhizhou on 2016-7-26 at 18:45 ] |
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2016-07-22 18:53:49, 17.21 K
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