Kokį neigiamą poveikį ličio baterijoms turi nepakankamas elektrolitų kiekis?

Elektrolitas, kaip pagrindinė ličio{0}}jonų transportavimo akumuliatoriuje terpė, atlieka lemiamą „jonų laidininko“, „elektrodų sąsajos apsaugos“ ir „įkrovos perdavimo tiltelio“ vaidmenį. Jo kiekis turi būti griežtai suderintas su akumuliatoriaus elektrodo dydžiu, poringumu ir kapsulės tūriu, kad būtų užtikrintas pakankamas elektrodo aktyviųjų medžiagų sudrėkinimas ir netrukdomi ličio jonų transportavimo keliai. Nepakankamas elektrolito kiekis (pramonėje vadinamas „nepakankamai elektrolito“) nėra vien nepakankamos terpės problema; jis sutrikdo vidinę akumuliatoriaus elektrocheminę pusiausvyrą, sukeldamas daugybę grandininių reakcijų, dėl kurių pablogėja veikimas ir saugumas. Dauguma šios žalos yra negrįžtamos, o tai labai paveikia akumuliatoriaus tarnavimo laiką ir saugumą. Toliau pateiktoje analizėje, paremtoje faktiniais baterijų veikimo principais, išsamiai aprašomas jų specifinis neigiamas poveikis ir pagrindiniai mechanizmai.

Kad būtų lengviau suprasti, pirmiausia išsiaiškinkime pagrindinę prielaidą: pagrindinė elektrolito funkcija yra ištirpinti ličio druskas (pvz., LiPF6, LiFSI ir kt.), suteikiant laisvai judančius ličio jonus, tuo pat metu sudrėkinant teigiamų ir neigiamų elektrodų aktyviąsias medžiagas (pvz., trinarės medžiagas, ličio geležies fosfatą, fosfatą, grafą ir kt.). elektrodo/elektrolito sąsaja (SEI plėvelė, CEI plėvelė), užtikrinanti efektyvų ir stabilų ličio jonų transportavimą tarp teigiamo ir neigiamo elektrodų.

Pats tiesioginis ir intuityviausias nepakankamo elektrolito poveikis yra tas, kad tikroji akumuliatoriaus iškrovimo talpa yra žymiai mažesnė nei projektinė talpa, o šis talpos sumažėjimas yra negrįžtamas ir nuolat blogėja didėjant ciklų skaičiui. Pagrindinis mechanizmas slypi tame, kad teigiamos ir neigiamos elektrodų aktyviosios medžiagos negali būti visiškai sudrėkintos elektrolitu; tik nedidelis paviršinio aktyvumo medžiagos kiekis gali dalyvauti ličio jonų įterpimo/išskyrimo reakcijoje, o didelis kiekis vidinės aktyviosios medžiagos lieka „nenaudojamas“ ir negali atlikti elektrocheminio aktyvumo.

Struktūriniu požiūriu tiek teigiamas, tiek neigiamas elektrodai yra porėti (dažniausiai poringumas yra nuo 30% iki 50%). Elektrolitas turi visiškai užpildyti šias poras, kad ličio jonai liestųsi su kiekviena aktyvia dalele. Jei elektrolito nepakanka, porose negali susidaryti ištisinė elektrolito fazė, o ličio jonai gali judėti tik ribotame elektrodo paviršiaus plote. Tai žymiai sumažina elektrocheminėje reakcijoje dalyvaujančių ličio jonų skaičių, neleidžiant išsikrauti visos suprojektuotos talpos iškrovos metu.

Be to, esant mažam-elektrolito kiekiui, kai kurios nesudrėkintos aktyvios medžiagos negali sudaryti stabilios sąsajos plėvelės. Net ir vėliau papildžius elektrolitus, šios aktyvios medžiagos greičiausiai neatgaus aktyvumo, dėl to negrįžtamai sumažės talpa ir per įkrovimo ciklus nepavyks atkurti projektinės vertės.

ACEY-BCT560-64PLičio baterijos talpos testerisyra puikus sprendimas ličio{0}}jonų akumuliatorių našumui išbandyti ir įvertinti. Šioje pažangiausioje-įrangoje--yra pažangi technologija, leidžianti tiksliai išmatuoti ir analizuoti įvairius parametrus, įskaitant įtampą, srovę, temperatūrą ir kt.

Ličio akumuliatoriaus vidinė varža daugiausia susideda iš trijų dalių: ominės varžos, įkrovos perdavimo varžos ir difuzijos varžos. Nepakankamas elektrolito kiekis žymiai padidina pastarųjų dviejų skaičių, galiausiai smarkiai padidindamas bendrą akumuliatoriaus vidinę varžą, o tai savo ruožtu turi įtakos įkrovimo / iškrovimo efektyvumui ir išvesties našumui.

Viena vertus, padidėjęs krūvio perdavimo pasipriešinimas: Įkrovos perdavimo varža daugiausia atsiranda elektrodo / elektrolito sąsajoje, kuri priklauso nuo stabilios sąsajos plėvelės ir pakankamo elektrolito krūvio perdavimui. Kai elektrolito nepakanka, elektrodo paviršius nėra pakankamai sudrėkintas, o sąsajos plėvelės (SEI plėvelė, CEI plėvelė) negali būti tolygiai padengtos. Atsparumas ličio jonų įterpimui/ištraukimui ant elektrodo paviršiaus didėja, todėl sulėtėja krūvio perdavimas ir dėl to krūvio perdavimo pasipriešinimas didėja eksponentiškai. Kita vertus, padidėjęs difuzijos pasipriešinimas: ličio jonų difuzijos greitis elektrolite yra tiesiogiai susijęs su elektrolito tęstinumu ir koncentracija. Dėl nepakankamo elektrolito elektrolitų koncentracija susidaro netolygi, o kai kurios vietos netgi tampa tuščiomis vietomis „be elektrolitų“. Ličio jonų difuzijos kelias blokuojamas, difuzijos atstumas ilgėja, o difuzijos varža žymiai padidėja.

Ciklo našumas yra pagrindinis ličio baterijos veikimo trukmės rodiklis, nurodantis akumuliatoriaus gebėjimą išlaikyti stabilią talpą kartotinio įkrovimo{0}}iškrovimo ciklų metu. Nepakankamas elektrolito kiekis smarkiai pablogina ciklo veikimą ir yra linkęs į nenormalius reiškinius, tokius kaip staigus ir reikšmingas pajėgumo sumažėjimas po vieno ciklo. Tai iš esmės yra užburtas ratas, kurį sukelia padidėjęs vidinis pasipriešinimas.

Kaip minėta anksčiau, dėl nepakankamo elektrolito padidėja vidinė varža. Pagrindinė padidėjusios vidinės varžos pasekmė yra sustiprėjęs vietinis šildymas akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo metu (pagal Džaulio dėsnį Q=I²Rt, esant pastoviai srovei, dėl didesnės vidinės varžos susidaro daugiau šilumos). Lokalus perkaitimas pagreitina elektrolito skilimą-, esant aukštai temperatūrai, elektrolitas patiria redokso reakcijas, generuodamas tokias dujas kaip CO₂ ir HF, taip pat inertines medžiagas, kurios toliau sunaudoja likusį elektrolitą ir dėl to dar labiau trūksta elektrolito. Tuo pačiu metu aukšta temperatūra taip pat pažeidžia stabilią plėvelę prie elektrodo/elektrolito sąsajos (SEI plėvelė plyš ir atstatys). Plyšusi SEI plėvelė vėl sunaudos ličio jonus ir elektrolitą, kad pasitaisytų, o tai dar labiau padidins krūvio perdavimo pasipriešinimą.

Dėl šio užburto „žemo elektrolito lygio → padidėjusio vidinio pasipriešinimo → lokalaus kaitinimo → elektrolito skilimo → pablogėjusio žemo elektrolito lygio“ ratas važiuojant dviračiu nuolat mažėja akumuliatoriaus talpa, o mažėjimo greitis didėja. Kai ciklų skaičius pasiekia tam tikrą lygį, sąsajos plėvelė visiškai sugenda arba elektrolitas išsenka, smarkiai sumažėja talpa. Be to, žemas elektrolito lygis taip pat lemia prastą talpos pastovumą akumuliatoriaus veikimo metu. Kelių-elementų serijos baterijų blokuose pirmiausia sumažės elementai, kurių elektrolitų lygis žemas, todėl sumažės viso akumuliatoriaus našumas ir naudojimo trukmė.

Šilumos susidarymas, kurį sukelia nepakankamas elektrolito kiekis, yra esminis ryšys tarp veikimo pablogėjimo ir saugos gedimo. Šiluma generuojama daugiausia iš dviejų šaltinių, kurie turi kumuliacinį poveikį, dėl kurio baterijos temperatūra nenormaliai pakyla ir kyla potenciali ankstyvo terminio nutekėjimo rizika.

• Katalizinis šilumos generavimas dėl vidinio pasipriešinimo

Kaip minėta anksčiau, dėl nepakankamo elektrolito staigiai padidėja vidinė varža, o tai žymiai padidina Džaulio šilumą, susidarančią įkrovimo ir iškrovimo metu. Be to, dėl nepakankamo elektrolito sumažėja ir jo paties šilumos išsklaidymo pajėgumas (elektrolitas taip pat turi tam tikrą šilumos išsklaidymo funkciją, pernešdamas elektrodų generuojamą šilumą į akumuliatoriaus korpusą).

• Nenormalus reakcijos šilumos susidarymas

Nepakankamas elektrolito kiekis sukelia elektrodo sąsajos plėvelės nestabilumą, todėl ji yra linkusi į šalutines reakcijas. Tai pasireiškia kaip reikšmingas akumuliatoriaus korpuso temperatūros padidėjimas įkrovimo ir iškrovimo metu (įprasta įkrovimo ir iškrovimo temperatūra paprastai yra 20-45 laipsniai, tačiau nepakankamas elektrolito kiekis gali pakilti virš 50 laipsnių), ypač pastebimas įkrovimo metu, kartais net tampa „karšta liesti“. Jei akumuliatorius įkraunamas ir iškraunamas dideliu greičiu, šilumos susidarymas dar labiau sustiprės ir gali viršyti elektrolitų skilimo temperatūrą (dažniausiai virš 60 laipsnių), paspartins elektrolito skilimą ir elektrodo senėjimą, o tai gali sukelti pavojų saugai dėl vėlesnių gedimų. Be to, dėl ilgalaikio šilumos susidarymo gali deformuotis akumuliatoriaus korpusas ir pasenti sandariklis, dėl ko gali nutekėti elektrolitas ir dar labiau pablogėti akumuliatoriaus būklė.

ACEY-BCT506-512Hakumuliatoriaus įkrovos iškrovos tikrinimo įranganaudoja modernius elektroninius stebėjimo ir valdymo įrenginius, o ne rankinį darbą, kad realiuoju laiku stebi -įtampą, srovę, talpą, energiją, formavimosi būseną ir kitus paskirstyto baterijų formavimo parametrus realiu laiku, diagnozuoja ir tvarko gedimus, registruoja ir analizuoja atitinkamus duomenis, kad formavimo procese būtų vykdomas be priežiūros ir paketinis apdorojimas, Kompiuterinio valdymo programinė įranga centralizuotai įrangos stebėjimui ir priežiūrai.

Tai yra rimčiausias neigiamas nepakankamo elektrolito poveikis, turintis tiesioginės įtakos akumuliatoriaus saugai ir yra vienas iš pagrindinių gedimo režimų, kai akumuliatorių trūksta{0}}elektrolito. Pagrindinė ličio dengimo priežastis yra: dėl nepakankamo elektrolito neigiamo elektrodo vietinis sudrėkimas, dėl to susidaro netolygus SEI plėvelė. Ličio jonai negali tinkamai įsiterpti tarp grafito sluoksnių ir gali nusodinti metalinį litį tik ant neigiamo elektrodo paviršiaus (ty „ličio padengimo“), sukeldami tiesioginį teigiamo ir neigiamo elektrodų kontaktą akumuliatoriaus viduje ir sukeldami vidinį trumpąjį jungimą.

Vidinis trumpasis jungimas akimirksniu išskiria daug šilumos, todėl akumuliatoriaus temperatūra smarkiai pakyla (akimirksniu viršija 100 laipsnių), o tai sukelia šilumos nutekėjimą. Dėl aukštų temperatūrų elektrolitas smarkiai suyra, todėl susidaro daug degiųjų ir sprogių dujų (tokių kaip CO ir CH4). Akumuliatoriaus vidinis slėgis smarkiai pakyla, todėl akumuliatoriaus korpusas plyšta ir nuteka. Jei dujos liečiasi su oru arba vidinė temperatūra pasiekia elektrolito ar elektrodų medžiagų užsidegimo tašką, jos gali užsidegti ar net sprogti. Be to, net ir be vidinio trumpojo jungimo, nusėdęs metalinis litis reaguos su elektrolitu, vartodamas ir elektrolitą, ir ličio jonus, o tai dar labiau paspartins akumuliatoriaus veikimo pablogėjimą ir kelia pavojų saugai. Išmontuojant akumuliatorių, kuriame labai trūksta elektrolito, metalinių ličio nuosėdų galima pastebėti net tiesiai ant neigiamo elektrodo paviršiaus ir jis gali užsidegti.

Nepakankamas elektrolito kiekis ličio baterijose nėra „smulkus defektas“, o veikiau sukelia negrįžtamą akumuliatoriaus žalą iš vidaus, o tai turi įtakos veikimui, eksploatavimo trukmei ir saugai. Jo smūgiui būdinga „grandininės reakcijos“ charakteristika: nepakankamas elektrolitų kiekis → netinkamas drėkinimas → trukdomas ličio jonų pernešimas → padidėjęs vidinis pasipriešinimas → padidėjęs šilumos susidarymas → elektrolito skilimas → blogėjantis elektrolito trūkumas → ličio nusėdimas → vidinis trumpasis jungimas → gaisras ir sprogimas. Faktiškai gaminant ir naudojant naudojamo elektrolito kiekis turi būti griežtai kontroliuojamas, paprastai tiksliai apskaičiuojamas remiantis tokiais parametrais kaip elektrodo poringumas ir akumuliatoriaus tūris, kad būtų išvengta nepakankamų elektrolitų problemų.

Jei akumuliatoriaus veikimo diapazonas žymiai sumažėja (talpos mažėjimas viršija 20 %), nenormalus įkaitimas kraunant ir iškraunant, per aukšta įkrovimo įtampa, per žema iškrovimo įtampa arba staigiai sumažėja jo talpa važiuojant dviračiu, tai gali reikšti, kad trūksta elektrolito. Laiku atlikta apžiūra ir techninė priežiūra yra labai svarbūs siekiant išvengti tolesnio akumuliatoriaus sugadinimo ar saugos incidentų. Didelių baterijų paketų, pvz., maitinimo baterijų ir energijos kaupimo baterijų atveju, nepakankamas elektrolito kiekis taip pat gali turėti įtakos visos sistemos stabilumui, todėl reikia sutelkti dėmesį ir užkirsti kelią.

Susisiekite dabar