白癜风专科哪里最好 https://yyk.39.net/bj/zhuanke/89ac7.html锂离子电池的安全事故往往是由内部短路或外部短路引起的。短路事故对锂离子电池的使用寿命构成了严重的安全威胁，因此，了解电池短路中存在的电化学行为有助于降低安全风险。鉴于此，慕尼黑工业大学的J.Sturm学者等人采用准等温测试技术分析短路时电化学反应引起的限速行为，用单层软包电池（50mAh）来分析外部短路和局部短路条件。通过测量电池电压、产热率、短路电流或局部电势来表征短路的强度。与石墨/NMC-电池相比，本工作测试的35个定制硅-石墨/富镍电池，SiC/NCA和SiC/NMC-（含2.5wt.%硅），出现了额外的电流平台，这归因于负极限制的电极平衡。过放电引起的散热量最多占总散热量的29%。此外，使用循环后的单层软包电池来研究循环老化对短路行为的影响，结果显示其与未循环的电池有几乎相同的过放电水平。锂金属作为参比电极用于可视化外部短路中的负极极化效应，并评估铜溶解的初始电位（3.2VvsLi/Li+）。相关成果以“ExperimentalAnalysisofShort-CircuitScenariosAppliedtoSilicon-Graphite/Nickel-RichLithium-IonBatteries”为题发表在“JournalofTheElectrochemicalSociety”上。过热、过充电和过放电都是可能触发短路的原因。表1总结了文献中单层软包锂离子电池各种相关的外部短路和内部短路的测试程序。对于外部短路和局部短路事故探究，目前还没有高容量硅石墨/富镍化合物在锂离子电池短路行为中的研究工作。表1.文献中提及的单层软包锂离子电池短路情况分析汇总在这项工作中，使用准等温测试技术进行最具重现性的针刺实验（d=1mm）来模拟内部短路事故，也称为局部内短路测试。将高容量硅-石墨负极/富镍正极锂离子电池的外部短路和局部短路行为与参照组石墨/NMC-电池进行比较。它们的正极材料、负极材料和隔膜的参数如表2所示。表2.单层软包电池（NCA/NCM-/NCM-）正极材料、负极材料和隔膜的具体参数按照标准方案制备单层软包电池，其几何尺寸设置如图1所示。通过三个超声焊接点将极耳焊接到集流体上。此图只描述最重要的几何尺寸与最相关的组件。图1自制SiC/NCA和SiC/NMC-单层软包电池的标准装配示意图（左）和参比电极装配示意图（右）。图2为测试外部短路（ESC）和局部短路（LSC）的量热测试台的示意图。对软包电池进行量热测试，试验台放置在25°C的恒温室中，恒电位和量热测量设备及其各自的传感器的位置如图所示。展示了量热试验台架以及三种不同的恒电位测量方法。对于局部短路测试，采用针刺穿透的短路装置，过程见左下方图示。图2.用于外部短路（中间、右）和局部短路（左）测试的量热测试台图示。每种短路情况的中间部分为软包电池。图3所示为不同短路情况（外部短路和局部短路）下的NCA、NMC-和NMC-三种软包电池的测试结果。分别进行不同条件下测试，测试条件为在0V和m?下进行外部短路测试，在直径1mm的针刺下进行局部短路测试，以及在0V循环老化后进行外部短路测试。由图3a-3d可知，产热最大值和斜率随着时间呈下降趋势，从产热率最强的0V外短路(a)到产热率最低的循环老化后的外短路(d)。在短路试验中，对比NCA和NMC-软包电池，结果发现只有NMC-电池出现了轻微的热能增加趋势。图3.标准化的产热曲线，（a）0V和（b）mΩ条件下的外部短路测试，（c）针刺（直径1mm）条件下的局部短路测试和（d）循环老化后的外部短路测试。NMC-电池作为NCA和NMC-电池的参考对比组。图（a-d）的最大值在汇总在（e）中。过放电（%ΔSoC）的开始与负极的容量限制相关，进一步脱锂不仅将导致负极电位增加，而且会导致在脱嵌过程中产生过电位。在平台III*和III区间，当电压信号增加到超过3.2V时，在其他研究工作指出这与铜开始溶解相关。因此，图4中描绘的过放电区域（红色）和铜溶解区域（橙色），这表明铜很可能从负极集流体溶解出来。特别是它们的重叠区域，表明在III*和III期间发生铜溶解反应。图4.（a）标准化的电流与充电态的关系曲线。（b）负极和锂金属参比电极之间测量的电势，过放电区（红色）和超过3.2V可能的铜溶解区（橙色）。然后将经历短路事故后的电池进行拆卸，对电极片和隔膜进行外观检测和SEM/EDX分析。图5为拆开的NCA和NMC-电池正负极极片的照片，这些电池选自于图3中4种不同的短路情况。显然，在每种短路情况下，所有正极样品表面有显著的镀铜。这证实了为什么铜最有可能从负极集流体中溶解出来，并部分沉积在正极极片表面。此外，特别是对于高产热值的0V外部短路情况（ESC0V），在其负极极片表面可以看到有部分溶解的铜。图5.经4种不同的短路情况测试后的正负极极片外观检测，选择的单层软包电池为NCA（#13，#20，#2和#17）和NMC-（#11，#23，#8和#20）拆下的负极极片SiC（左上角）、隔膜（负极极片左边）和正极极片NMC-（左下角）如图6所示。在标注区域进行SEM和EDX测试，并将原始材料的EDX结果作为参考。而在右侧，经外部短路0V测试后，对循环后电池的正负极极片表面进行倍放大，EDX分析突出了铜沉积区域。结果表明，由于NCA和NMC-电池的负极限制平衡，镀铜显著地出现在单层软包电池电极的表面。假设溶解为Cu+或Cu2+，在产热最多的外部短路0V测试过程中，则有多达20%或10%的负极集流体被溶解。图6.在外部短路0V测试后NMC-#4电池的SEM和EDX分析。右侧：外部短路0V下，经循环老化后电池的正负极表面的EDX分析，倍放大，样品为NCA#19,NMC-#20和NMC-#22本工作采用准等温量热测试技术，对定制的单层软包电池SiC/NCA和SiC/NMC-电池进行了35次不同短路情况的测试，研究了不同外部短路情况下的电压、产热率、电阻等变化，并总体比较三种软包电池的外部短路、局部短路和循环老化后的外部短路结果。同时检测了测试后极片的外观，分析并证实铜溶解现象。基于上述短路实验结果，在下一步工作中，作者希望通过大电流来改进电化学模型从而来研究观察到的电流平台III*，以进一步了解负极限制平衡和正极大电极的影响。J.Sturmetal,ExperimentalAnalysisofShort-CircuitScenariosAppliedtoSilicon-Graphite/Nickel-RichLithium-IonBatteries,J.Electrochem.Soc..
