1 Kev sim
1.1 Kev npaj roj teeb
Sib tov qhov zoo electrode DY{{0}}} lithium hlau phosphate, tus neeg saib xyuas tus neeg sawv cev Super P, thiab binder PVDF5130 hauv qhov sib piv loj ntawm 94.0:2.5:3.5, ntxiv hnyav NMP, thiab do rau 5 Cov xuab moos kom tau txais cov slurry nrog cov ntsiab lus ntawm (60.0 ± 1.5)% thiab viscosity ntawm 8000mPa · s. Txheej cov slurry ntawm 16 μm tuab aluminium ntawv ci nrog qhov ntom ntom ntawm (330 ± 3) g / m2. Tom qab lub tshuab nqus tsev ci ntawm 85 degree rau 12 teev, yob nias lub electrode mus rau compacted ceev ntawm 2.20g / cm3, thiab tau txais ib tug zoo electrode nrog ib tug loj ntawm 124mm × 121mm.
Sib tov qhov tsis zoo graphite, conductive carbon dub Super P, thiab LA133 acrylonitrile hauv qhov sib piv ntawm 95.5: 1. Cov ntawv ci tooj liab nrog qhov ntom ntom ntawm (160 ± 2) g / m2. Qhuav thiab yob nias nws zoo li cov electrode zoo kom ua tiav qhov ntom ntom ntawm 1.45 g / cm3, thiab tau txais daim ntawv tsis zoo electrode nrog qhov loj ntawm 130mm × 127mm.
Tom qab stacking qhov zoo thiab tsis zoo electrodes, 36130145 txhuas plhaub LFP lithium-ion roj teeb puv nrog lub peev xwm ntsuas ntawm 60Ah tau npaj los ntawm encapsulating lawv nrog lub hau npog aluminium. Tom qab ci ntawm 85 degree rau 12 teev, cov electrolyte tau txhaj. Cov roj teeb uas npaj tau dhau los ua cov tshuaj hloov pauv thiab muaj peev xwm faib. Cov kauj ruam tsim: Them ntawm 0.05C rau 80min, ces them ntawm 0.10C rau 150min, nrog rau qhov siab tshaj plaws them voltage ntawm 3.65V. Kauj ruam ntawm kev faib muaj peev xwm: Cia nws ntawm 45 degree rau 12 teev rau kev laus, ces tso tawm ntawm 0.20C nrog ib tug txo qis voltage ntawm 2.50V.
1.2 Morphology thiab Structure Analysis
Saib xyuas lub microstructure ntawm cov khoom siv scanning electron microscope. Siv X-ray diffractometer los soj ntsuam cov kev hloov ntawm cov khoom siv.
1.3 Electrochemical Performance Testing
Ntsuam xyuas EIS ntawm lub roj teeb uas siv lub chaw ua haujlwm electrochemical. Siv lub roj teeb uas muaj qhov ntsuas siab los ntsuas qhov ua tau zoo ntawm lub roj teeb, nrog ntau yam ntawm 5V thiab 100~50{{10}}A. Txoj kev ntsuas qhov muaj peev xwm ua tau: Them nrog qhov tsis tu ncua ntawm 1.00C rau 3.65V, tom qab ntawd hloov mus rau qhov hluav taws xob tas li thiab them nyiaj kom txog thaum 0.05C; Cia nws zaum rau 0.5 teev, tawm ntawm 1.00C rau 2.50V, cia nws zaum rau 0.5 teev, voj voog 3 zaug.
Kev ntsuas lub voj voog roj teeb: Them ntawm qhov tam sim no ntawm 1.00C rau 3.65V, tom qab ntawd hloov mus rau qhov ntsuas hluav taws xob tas li kom txog thaum 0.05C txiav tawm. Tso tawm ntawm 1.00C, 2.{{10}}C, thiab 5.00C raws li 2.50V, rov ua lub voj voog, cia nws zaum rau {{30}}.5 teev nyob rau nruab nrab, kom txog rau thaum nws yog cycled 1000 zaug. Roj teeb overdischarge test method: Tus nqi siv hluav taws xob xa tawm yog 1.00C rau kev them nqi thiab 1.00C rau kev tso tawm, thiab qhov hluav taws xob tshaj tawm yog 0-3.65V, 0.20-3.65V, 0.50-3.65V, 0.80-3.65V, thiab 1.50-3.65V, feem. Cov pa hluav taws xob yog 2.50 ~ 3.65V. Lub fixture yog siv los siv lub zog ua ntej nruj ntawm (1400 ± 200) N rau lub dav hlau ntawm lub roj teeb ntawm tes; Tsis muaj fixture txhais tau hais tias siv lub preload quab yuam ntawm 0N rau lub roj teeb ntawm tes.
Kev ntsuas lub neej ntawm roj teeb: ① Them ntawm 0.50C qhov tam sim no mus rau 3.65V, hloov mus rau qhov hluav taws xob tas li them rau 0.05C txiav tawm , cia nws zaum rau 0.5h, tso tawm ntawm 78{{20}}W rau 2.50V, cov ntaub ntawv muaj peev xwm 1; ② Teem ib sab rau 0.5 teev, them 3.65V ntawm 0.50C tsis tu ncua tam sim no, hloov mus rau qhov hluav taws xob tas li them kom txog thaum 0.05C txiav tawm, teem ib sab rau 0.5 teev, tso tawm mus rau qhov tshwj xeeb voltage (1.50V, 0.80V, 0.50V) ntawm 780W, tso tseg rau qhov lub sij hawm teev tseg, them 3.65V ntawm 0.10C tas li tam sim no, hloov mus rau qhov hluav taws xob tas li them kom txog thaum 0.05C txiav tawm, tso tseg rau 0.5 teev, thiab tawm mus rau 2.50V ntawm 780W, sau lub peev xwm tawm 2; ③ Rov ua kauj ruam 1, kaw qhov tso tawm muaj peev xwm 3, thiab rov ua cov kauj ruam 1 txog 3. Ntawm lawv, qhov piv ntawm qhov muaj peev xwm 2 rau qhov muaj peev xwm 1 yog tus nqi tuav, thiab qhov piv ntawm qhov muaj peev xwm 3 mus rau qhov muaj peev xwm 1 yog tus nqi rov qab.
2 Cov txiaj ntsig thiab kev sib tham
2.1 Lub voj voog ua haujlwm ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv
Qhov kev sim tau ua los ntawm lub hauv paus ntawm lub roj teeb uas siv nyob rau hauv cov ntaub ntawv chaw, thiab tus nqi cycling kev ua tau zoo ntawm lub roj teeb yog qhia nyob rau hauv daim duab 1. Los ntawm daim duab, nws yuav pom tau hais tias nrog tib tus nqi them, tom qab 2{{3 }}0 lub voj voog tawm ntawm 2.00C thiab 5.00C, lub peev xwm txo qis los ntawm 14% thiab 20%, feem. Piv rau lub voj voog 1.00C, lub peev xwm txo qis los ntawm 12%, uas yog 2 thiab 8 feem pua cov ntsiab lus qis dua, feem. Los ntawm qhov kev xav ntawm kev caij tsheb kauj vab, cov roj teeb muaj cov yam ntxwv ntawm kev caij tsheb kauj vab ntev.
2.2 Cov yam ntxwv ntawm kev tshaj tawm lub voj voog kev ua haujlwm hauv qhov sib txawv voltage
Txhawm rau kawm txog cov yam ntxwv tshaj tawm ntawm cov roj teeb ntawm lub plhaub txhuas hauv qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv, kev sim kev caij tsheb kauj vab txuas ntxiv tau ua nyob rau hauv cov roj teeb, nrog rau qhov sib txawv yog qhov voltage ntau thiab lub xeev ntawm lub roj teeb thaum caij tsheb kauj vab: nrog lossis tsis muaj fixtures. Sau cov roj teeb cais, thiab xa mus rau Table 1 rau kev hloov pauv thiab pib lub xeev ntawm cov roj teeb. Lub xeev them nqi (SOC) ntawm cov roj teeb yog 30%. Los ntawm qhov pib qhov hluav taws xob, kev tiv thaiv sab hauv, thiab cov tuab ntawm 12 pawg roj teeb uas teev nyob rau hauv Table 1 ntawm 30% SOC, qhov sib xws ntawm cov roj teeb kev sim yog qhov zoo.
Ua kev ntsuas kev sib txuas txuas ntxiv ntawm lub roj teeb, thiab qhov nkhaus attenuation yog qhia hauv daim duab hauv qab no. Nws tuaj yeem pom tau tias thaum lub roj teeb tsis muaj qhov sib tw, qhov kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb maj mam deteriorates raws li cov degree ntawm kev tso tawm ntau dua. Thaum cov hluav taws xob txiav tawm ntawm lub roj teeb yog 2.50V, 1.50V, 0.80V, 0.50V, 0.20V, thiab 0V, Tus naj npawb ntawm cov voj voog thiab lub peev xwm tuav tau ntawm lub roj teeb yog 94.07% tom qab 1000 cycles, 80.00% tom qab 1000 74.93% tom qab 648 cycles, 67.72% tom qab 360 cycles, 63.26% tom qab 119 cycles, thiab 61.85% tom qab 145 cycles, feem.
Thaum qhov kev txwv qis qis qis dua 1.00V (los ntawm 2.50V txog 1.50V), tus nqi attenuation nce 14% nyob rau tib lub voj voog; Thaum qhov hluav taws xob qis qis qis dua 1.70V (los ntawm 2.50V txog 0.80V), lub voj voog lub neej tsuas yog 648 zaug; Thiab thaum lub roj teeb tawm mus rau 0V, lub voj voog lub neej poob rau 145 zaug. Qhov txo qis hauv qhov qis qis ntawm qhov tso tawm muaj qhov cuam tshuam loj rau lub voj voog lub neej ntawm lub roj teeb. Nthuav cov kev them nyiaj thiab tawm qhov hluav taws xob ntau ntawm lub roj teeb tuaj yeem ua rau nws muaj peev xwm, xws li thaum lub zog hloov ntawm 2.50 ~ 3.65V rau 0 ~ 3.65V. Lub peev xwm roj teeb tau nce 4Ah.
Txawm tias nrog cov khoom siv, cov roj teeb muaj cov qauv kev ua haujlwm zoo ib yam li tsis muaj cov khoom siv. Qhov qis dua qhov hluav taws xob tawm ntawm lub roj teeb, lub voj voog lub neej luv dua. Thaum tso tawm voltages ntawm 2.50V, 1.50V, 0.80V, 0.50V, 0.20V, thiab 0V, tus naj npawb ntawm cov voj voog thiab tuav tus nqi ntawm lub roj teeb yog 96.03% tom qab 1000 cycles, 86.73% tom qab 928 cycles, 84.46% tom qab 733 cycles, 81.95% tom qab 741 cycles, 61.28% tom qab 598 cycles, thiab 60.08% tom qab 647 cycles, feem.
2.3 Cov yam ntxwv ntawm kev tso tawm ntau dhau lub voj voog kev ua haujlwm nyob rau hauv qhov sib txawv preload rog
Qhov tob dua qhov degree ntawm overdischarge ntawm lub roj teeb nrog lossis tsis muaj kev nruj nruj ua ntej, lub neej tsis zoo ntawm lub voj voog. Txuas ntxiv tshawb xyuas qhov cuam tshuam ntawm qhov muaj lossis tsis muaj cov khoom siv ntawm lub roj teeb ua haujlwm. Los ntawm kev txheeb xyuas cov ntaub ntawv, sib piv cov kev ua haujlwm cyclic ntawm cov roj teeb nrog thiab tsis muaj cov khoom siv nyob rau hauv tib lub sijhawm ua haujlwm.
Txawm hais tias qhov tseeb ntawm lub voj voog hluav taws xob ntawm lub roj teeb, qhov kev ua haujlwm ntawm cov roj teeb nrog cov khoom siv tau zoo dua rau cov uas tsis muaj teeb meem. Txawm li cas los xij, raws li qhov kev txwv qis ntawm kev tso tawm hluav taws xob txuas ntxiv nce ntxiv, qhov cuam tshuam ntawm kev sib tw ntawm cov roj teeb kev ua haujlwm ntawm kev ua haujlwm maj mam txo qis. Nruab nrab ntawm {{0}} ~ 3.65V, lub roj teeb lub neej nrog cov khoom siv yog 647 zaug, thaum lub roj teeb lub neej tsis muaj kev sib tw yog 145 zaug, qhov sib txawv ntawm 502 zaug; Ntawm 0. Ntawm 0. Ntawm 0. %; Ntawm 1. 2.18 feem pua cov ntsiab lus hauv kev tuav peev xwm; Ntawm 2.
Raws li qhov kev txwv qis ntawm kev tawm hluav taws xob nce ntxiv, kev cuam tshuam ntawm cov khoom siv ntawm lub roj teeb kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb kev ua haujlwm maj mam tsis muaj zog, tshwm sim raws li qhov sib txawv hauv qhov muaj peev xwm tuav tau ntawm cov roj teeb nrog thiab tsis muaj fixtures. Qhov no qhia tau hais tias kev txhim kho cov txiaj ntsig ntawm kev sib tw ntawm kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb kev ua haujlwm tsis muaj zog nyob rau hauv qhov hluav taws xob ntau dua.
Kev ntsuam xyuas EIS tau ua nyob rau ntawm cov roj teeb (pab pawg A, B, C, F, thiab lwm yam) nrog thiab tsis muaj kev sib tw hauv cov theem tom qab ntawm kev caij tsheb kauj vab rau qee cov tswv yim, thiab cov txiaj ntsig tau pom hauv daim duab 3. Qhov pib ntawm qhov impedance spectrum semicircle yog lub interface impedance Rb ntawm cov electrode thiab electrolyte interface; Qhov kawg ntawm lub semicircle yog tus nqi hloov pauv impedance Rct; Cov kab kab pheeb ces kaum sawv cev rau qhov impedance tshwm sim los ntawm qhov sib txawv ntawm Li + hauv cov khoom siv nquag, uas yog Warburg impedance (Dw). Los ntawm Rb thiab Rct: A-1
Qhov no kuj lees paub tias sab nraud siab tuaj yeem txo cov electrode interface qhov khoob thiab ua rau thaj chaw sib cuag. Nyob rau hauv qis qis, lub roj teeb yuav raug compressed thiab nws cov tuab yuav txo, uas tuaj yeem txo qhov kev tiv thaiv kev tiv thaiv, ua kom luv li Li + kev sib kis, thiab txo qis kev ua haujlwm ntawm lithium; Tsis tas li ntawd, nws tuaj yeem tiv thaiv kom tsis txhob muaj qhov zoo thiab tsis zoo ntawm cov khoom siv hluav taws xob uas tshwm sim los ntawm cov khoom siv roj thaum lub sij hawm tsis tshua muaj hluav taws xob, txo qhov kev nthuav dav ntawm lub roj teeb, tswj kev ruaj ntseg ntawm qhov zoo thiab tsis zoo electrodes, thiab txhim kho kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb. Qhov qis qis qis qis qis qis, qhov tob ntawm lithium rho tawm ntawm cov khoom siv hluav taws xob tsis zoo, thiab qhov hnyav dua cov roj teeb ntawm lub roj teeb. Lub xub ntiag ntawm cov khoom siv tuaj yeem cuam tshuam qhov poob ntawm Li + kev ua haujlwm los ntawm kev tsim cov roj, yog li txhim kho kev ua haujlwm ntawm lub roj teeb. Qhov no kuj piav qhia tias yog vim li cas vim qhov tso tawm hluav taws xob maj mam nce, qhov sib txawv ntawm cov voj voog ntawm cov roj teeb uas muaj thiab tsis muaj cov khoom siv ua kom me thiab me dua.
Txhawm rau soj ntsuam ntxiv cov kev hloov pauv hauv cov roj teeb lub voj voog ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv, lub roj teeb tau muab tshem tawm thiab cov kev hloov pauv hauv cov khoom siv hluav taws xob zoo thiab tsis zoo raug soj ntsuam.
Los ntawm qhov kev xav ntawm morphological, tsis muaj qhov sib txawv tseem ceeb ntawm cov khoom zoo thiab qhov tsis zoo ntawm cov khoom siv hluav taws xob tom qab lub voj voog overdischarge. Qhov tsis zoo electrode zoo nkaus li ib qho thaiv, thaum qhov zoo electrode zoo li cov khoom me me. Lub xub ntiag los yog tsis muaj cov khoom siv tsis muaj kev cuam tshuam rau lub morphology ntawm cov khoom zoo thiab tsis zoo electrode. Thaum lub sij hawm tsis tu ncua them nyiaj ntiav thiab sib sib zog nqus tawm txheej txheem, chav tsev ntawm cov khoom siv ntawm tes yuav hloov pauv, tshwj xeeb tshaj yog rau cov khoom siv hluav taws xob tsis zoo, uas yuav ua rau muaj kev hloov pauv hauv qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv.
XRD tsom xam tau ua tiav ntawm qhov tsis zoo electrode, thiab cov txiaj ntsig tau pom hauv daim duab. Los ntawm daim duab, nws tuaj yeem pom tau tias txawm hais tias lub roj teeb yog cycled nyob rau hauv qhov sib txawv voltage ranges, cov khoom tsis zoo electrode tom qab cycling tseem graphite thiab tsis muaj lwm yam khoom tshiab. Nyob rau hauv tib lub voltage ntau, tus yam ntxwv peaks ntawm qhov tsis zoo electrode daim hlau (002) thiab (100) ntawm lub clamp dawb roj teeb hloov mus rau lub kaum sab xis, qhia tau hais tias lub lattice parameters ntawm graphite nce thiab interplanar spacing nce.
Qhov no txhais tau hais tias piv rau cov roj teeb nrog fixtures, graphite interlayer spacing ntawm cov roj teeb uas tsis yog fixture tseem nce ntxiv thaum lub sij hawm them nyiaj tas mus li thiab tso tawm. Cov kev hloov pauv hauv microscopic hauv cov khoom no ua rau muaj kev puas tsuaj loj ntawm kev caij tsheb kauj vab, thiab piav qhia tias vim li cas kev caij tsheb kauj vab ntawm cov roj teeb nrog cov khoom siv tau zoo dua li cov roj teeb uas tsis muaj qhov sib txuas hauv tib qhov hluav taws xob.
2.4 Cov yam ntxwv ntawm daim ntawv qhia hnub lub neej hloov tom qab lub roj teeb tshaj tawm
Txhawm rau soj ntsuam qhov muaj peev xwm hloov pauv ntawm lub roj teeb tom qab kev tso tawm mus ntev, lub peev xwm khaws cia thiab rov ua haujlwm ntawm lub roj teeb tom qab raug tso tawm mus rau qhov ntsuas qhov ntsuas ntawm 0.50V, 0.80V, 1.50 V, thiab 2.50V rau qee lub sijhawm tau kawm.
Txawm hais tias lub roj teeb khaws cia ntawm qhov tsis tshua muaj hluav taws xob, yuav tsis muaj peev xwm degradation, uas tsis muaj kev cuam tshuam loj rau lub peev xwm thiab yuav tsis ua rau muaj peev xwm poob vim yog overdischarging. Los ntawm txoj kev xav, tom qab lub roj teeb tau dhau los lawm, nws tuaj yeem tso tseg rau lub sijhawm thiab rov ua haujlwm nrog lub me me tam sim no los kho thiab tswj nws lub peev xwm.
3 Kev xaus
Raws li kev tshawb fawb ntawm cov yam ntxwv ntawm lithium-ion roj teeb uas siv hauv cov chaw khaws ntaub ntawv, kev cuam tshuam ntawm kev sib txawv preload rog ntawm kev tso tawm ntau dhau tau tshawb nrhiav. Cov txiaj ntsig tau pom tias:
Los ntawm kev siv ob hom kev nruj ua ntej rau lub roj teeb nrog thiab tsis muaj clamps, cycling nyob rau hauv rau qhov voltage ranges ntawm {{0}}~3.65V, 0.20~ 3.65V 0.50 ~ 3.65V, 0.80 ~ 3.65V, 1.50 ~ 3.65V, thiab cov pa ntau yam ntawm 2.50 ~ 3.65V, tsis hais seb puas muaj lub clamp, qhov txo qis ntawm qhov hluav taws xob txiav tawm ntawm lub roj teeb, lub peev xwm ploj sai dua. Hauv kev siv cov tswv yim, lub sij hawm ntev tsis tshua muaj hluav taws xob caij tsheb kauj vab yuav tsum zam kom ntau li ntau tau txhawm rau txuas lub neej kev pab cuam ntawm lub roj teeb.
Fixtures tuaj yeem txhim kho kev ua haujlwm ntawm lub voj voog ntawm cov roj teeb, tab sis lawv cov txiaj ntsig tsis muaj zog vim qhov tso tawm hluav taws xob nce ntxiv. Cov txiaj ntsig ntawm EIS, XRD thiab lwm yam kev ntsuam xyuas qhia tau hais tias qhov kev sib tw tuaj yeem ua kom muaj kev ruaj ntseg ntawm cov khoom siv hluav taws xob zoo thiab tsis zoo thaum caij tsheb kauj vab, txo cov hluav taws xob cuam tshuam cuam tshuam, ua rau thaj chaw sib cuag, qis dua ohmic tsis kam, luv luv Li + kev thauj mus los, txo cov roj ntsha lithium. poob, txo irreversible expansion ntawm lub roj teeb, thiab txhim kho roj teeb cycling kev ua tau zoo. Cov txiaj ntsig kev sim muaj qhov tseem ceeb rau kev tsim cov roj teeb sib dhos, thiab nws tau pom zoo tias cov kws tshawb fawb yav tom ntej xav txog kev sib dhos nruj tsim los txhim kho cov roj teeb ua haujlwm.
Tom qab lub sijhawm ntev cia nyob rau hauv qhov sib txawv ntawm qhov hluav taws xob tawm hluav taws xob ntau, lub peev xwm roj teeb yuav tsis txo qis nrog qhov txo qis ntawm qhov hluav taws xob txiav tawm. Cov khoom me me tam sim no tuaj yeem tswj tau thiab rov qab muaj peev xwm. Qhov no muab cov kev daws teeb meem ntawm kev txo cov roj teeb ua haujlwm tom qab kev cia ntev.