Kodėl maišelio ląstelės išsipučia?

Yra daug priežasčių, kodėl kišeniniai{0}}ličio-jonų akumuliatoriai išsipučia. Remiantis eksperimentine MTEP patirtimi, patinimo priežastis galima suskirstyti į tris tipus: pirma, storio padidėjimas, kurį sukelia akumuliatoriaus elektrodų lakštų išsiplėtimas važiuojant dviračiu; antra, patinimas, kurį sukelia dujų susidarymas, atsirandantis dėl elektrolito oksidacinio skilimo; ir trečia, patinimas, atsiradęs dėl gamybos defektų, pvz., drėgmės patekimas dėl prasto sandarinimo arba ląstelių kampų pažeidimo.

Dominuojantys veiksniai, lemiantys akumuliatoriaus storio pokyčius, skiriasi priklausomai nuo skirtingų akumuliatorių cheminių medžiagų. Pavyzdžiui, akumuliatoriuose, kuriuose naudojami ličio titanato (LTO) anodai, dujų susidarymas yra pagrindinė brinkimo priežastis; priešingai, baterijoms su grafito anodais ir elektrodų lakštų išsiplėtimas, ir dujų susidarymas prisideda prie brinkimo.

Diskusija apie veiksnius ir mechanizmus, turinčius įtakos grafito anodo plėtimuisi

Celių storio padidėjimas įkraunant ličio -jonų baterijas pirmiausia siejamas su anodo išsiplėtimu; katodo plėtimosi greitis yra tik 2–4%. Anodai paprastai yra sudaryti iš grafito, rišiklio ir laidžios anglies, o pačios grafito medžiagos plėtimosi greitis yra maždaug 10%. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos grafito anodų plėtimosi greičiui, yra SEI (Solid Electrolyte Interphase) plėvelės susidarymas, įkrovos būsena (SOC), proceso parametrai ir kiti kintamieji.

(1) SEI plėvelės formavimas
Per pradinį ličio-jonų akumuliatoriaus įkrovimo-iškrovimo ciklą tarp elektrolito ir grafito dalelių įvyksta redukcijos reakcija kieto-skysčio sąsajoje, sudarydama pasyvavimo sluoksnį (SEI plėvelę) ant elektrodo medžiagos. SEI plėvelės susidarymas žymiai padidina anodo storį, o tai prisideda prie bendro ląstelės storio padidėjimo maždaug 4%. Ilgalaikio ciklo metu fizinė grafito struktūra ir specifinis paviršiaus plotas įtakoja dinamišką procesą, apimantį esamo SEI irimą ir naujo SEI susidarymą; pavyzdžiui, dribsnių grafitas pasižymi didesniu plėtimosi greičiu nei sferinis grafitas.

(2) Įkrovimo būsena (SOC)
Dviračio proceso metu grafito anodo tūrio padidėjimas rodo stiprų periodinį funkcinį ryšį su ląstelės SOC. Tiksliau sakant, tūris didėja palaipsniui, kai ličio jonai įsiterpia į grafitą (padidėja ląstelės SOC); ir atvirkščiai, kai ličio jonai de-terkaluojasi iš grafito anodo, ląstelės SOC sumažėja, o grafito anodo tūris atitinkamai sumažėja.

(3) Proceso parametrai
Kalbant apie proceso parametrus, tankinimo tankis daro didelę įtaką grafito anodui. Šalto elektrodo lakšto spaudimo metu grafito anodo dangos sluoksnyje susidaro didelis gniuždymo įtempis; šį įtampą sunku visiškai pašalinti atliekant tolesnius veiksmus, pvz., kepant aukštoje temperatūroje{1}}. Įkrovimo-iškrovimo ciklo metu dėl bendro ličio-jonų įsiterpimo / de-įterpimo ir elektrolito-sukelto rišiklio patinimo išsiskiria dangos viduje esantis įtempis, todėl padidėja plėtimasis. Be to, tankinimo tankis lemia anodo dangos tuštumą. Didelis tuštumos tūris gali veiksmingai prisitaikyti prie elektrodo lakšto išsiplėtimo.

Ir atvirkščiai, jei tuštumos tūris yra mažas, nėra pakankamai vietos plėtimuisi sugerti; todėl plėtimasis yra priverstinis į išorę, pasireiškiantis kaip bendro anodo lakšto tūrio padidėjimas.

(4) Kiti veiksniai
Kiti veiksniai, darantys įtaką anodo plėtimuisi, yra rišiklio sukibimo stiprumas (ypač sąsajos sukibimas tarp rišiklio, grafito dalelių, laidžios anglies ir srovės kolektoriaus), įkrovos -iškrovos greitis, rišiklio brinkimas elektrolite, grafito forma ir tankis skaidant daleles ir skaidymosi tankis. važinėjimas dviračiu.

„Acey New Energy“ specializuojasi tiriant ir gaminant aukščiausios klasės{0}}ličio-jonų akumuliatorių įrangą. Galime pasiūlyti vieno-stop laboratorinio-sprendimobaterijų gamybos linijacilindriniam akumuliatoriui, monetų elementui, maišelio elementui

Dujų susidarymas akumuliatoriuje yra dar viena pagrindinė patinimo priežastis.

Važiuojant dviračiu kambario ar aukštoje temperatūroje, taip pat laikant aukštoje{0}}temperatūroje, akumuliatoriuose susidaro įvairaus laipsnio dujos ir jie išsipučia.

Pradinio įkrovimo{0}}iškrovimo ciklo metu ant elektrodo paviršiaus susidaro kietojo elektrolitų tarpfazės (SEI) plėvelė. SEI (Solid Electrolyte Interphase) sluoksnio susidarymas ant anodo pirmiausia atsiranda dėl redukcinio EC (etileno karbonato) skilimo; Alkilličio ir Li2CO3 susidarymą lydi didelis CO ir C2H4 kiekis. Tirpikliai, tokie kaip DMC (dimetilo karbonatas) ir EMC (etilo metilo karbonatas), taip pat prisideda prie plėvelės susidarymo, kartu su tokiomis dujomis kaip CH4, C2H6, C3H8 ir CO susidaro RLiCO3 ir ROLi. PC (propileno karbonato) -pagrįstuose elektrolituose dujų susidarymas yra santykinai didesnis dėl PC3 redukavimo, visų pirma dėl8. LiFePO4 maišelio elementų dujos labiausiai išsipučia pasibaigus pradiniam 0,1 C įkrovimo ciklui.

Akivaizdu, kad SEI susidarymą neišvengiamai lydi didelis dujų kiekis. H2O priemaišų buvimas destabilizuoja P-F ryšius LiPF6, todėl susidaro HF; tai destabilizuoja akumuliatoriaus sistemą ir generuoja dujas. Perteklinis H2O suvartoja Li+ jonus, gamindamas LiOH, LiO2 ir H2, o tai taip pat lemia dujų išsiskyrimą. Dujos taip pat susidaro saugojimo ir ilgo įkrovimo{10}}iškrovimo metu; sandariuose ličio -jonų akumuliatoriuose dėl didelio susikaupimo dujų išbrinksta, todėl pablogėja akumuliatoriaus veikimas ir sutrumpėja jo tarnavimo laikas. Pagrindinės dujų susidarymo sandėliavimo metu priežastys yra šios:

(1) Akumuliatoriaus sistemoje esantis H2O sukelia aukšto dažnio susidarymą, kuris pažeidžia SEI sluoksnį. Sistemoje esantis deguonis (O2) gali oksiduoti elektrolitą, todėl susidaro didelis CO2 kiekis;
(2) Jei pirminio aktyvavimo (formavimo) metu susidaręs SEI sluoksnis yra nestabilus, saugojimo metu jis gali suirti; vėlesnis SEI sluoksnio remontas išskiria dujas, daugiausia susidedančias iš angliavandenilių. Ilgalaikio įkrovimo-iškrovimo ciklo metu katodo medžiagos kristalinės struktūros pokyčiai ir netolygus potencialo pasiskirstymas elektrodo paviršiuje gali sukelti vietinius didelius potencialus. Tai sumažina elektrolito stabilumą elektrodo sąsajoje; nuolatinis paviršiaus plėvelės storėjimas padidina sąsajos atsparumą, dar labiau padidindamas reakcijos potencialą. Tai sukelia elektrolito skilimą ir dujų susidarymą, o pati katodo medžiaga taip pat gali išleisti dujas.

Priklausomai nuo jų cheminių sistemų, akumuliatoriai išbrinksta įvairaus laipsnio. Baterijose, kuriose naudojami grafito anodai, pagrindinės dujų susidarymo ir išsipūtimo priežastys yra -kaip minėta anksčiau-SEI sluoksnio susidarymas, per didelis drėgmės kiekis elemente, formavimosi proceso anomalijos ir prastas sandarinimas. Priešingai, ličio titanato (LTO) anodo sistemoje pramonė paprastai priskiria dujų susidarymą Li4Ti5O12 akumuliatoriams dėl medžiagos būdingo polinkio sugerti drėgmę, nors nėra jokių galutinių įrodymų, patvirtinančių šią hipotezę.

1. Blogas sandarinimas:Žymiai sumažėjo dėl sandarinimo defektų atsiradusių patinusių ląstelių dažnis. Defektai gali atsirasti bet kurioje sandarinimo pusėje, o viršutiniai sandarinimo ir degazavimo tarpikliai yra dažniausiai pasitaikančios probleminės vietos; viršutinės sandarinimo problemos dažniausiai yra susijusios su skirtuko sritimi, o degazavimo problemos dažnai yra susijusios su delaminacija. Prastas sandarinimas leidžia atmosferos drėgmei patekti į elementą, sukeldama elektrolitų irimą ir dujų susidarymą.

2. Maišelio paviršiaus pažeidimas:Vykstant gamybos linijai, maišelis gali būti netyčia ar{0}}žmogaus sukeltas pažeidimų (pvz., skylučių), todėl drėgmė gali prasiskverbti į ląstelės vidų.

3. Kampo pažeidimas:Dėl specifinės aliuminio sluoksnio deformacijos užlenktuose kampuose, dujų maišelio judėjimas gali pasukti kampą, sugadindamas aliuminį (didesnės ląstelės su didesniais dujų maišeliais yra labiau linkusios į tai) ir pažeisti drėgmės barjerą. Kampuose užtepus krepinę juostelę arba karštai besilydančiais klijais{1}} galima sumažinti šią riziką. Be to, uždarius dujinį maišelį draudžiama tvarkyti elementus; Eksploatacijos metu reikia būti ypač atsargiems, kad ląstelės nesiūbuotų ant senstančių stelažų.

4. Per didelis vidinės drėgmės kiekis:Jei drėgmės lygis viršija ribas, elektrolitas suyra, todėl po susidarymo arba degazavimo susidaro dujos. Pagrindinės per didelės vidinės drėgmės priežastys: didelis drėgmės kiekis elektrolite, didelis drėgmės kiekis plikoje kameroje po kepimo ir per didelė drėgmė sausoje patalpoje. Jei įtariama, kad brinkimo priežastis yra per didelė drėgmė, galima atlikti proceso atsekamumo patikrą.

5. Formavimosi proceso anomalijos:Netinkamos formavimo procedūros gali sukelti ląstelių patinimą.

6. Nestabilus SEI sluoksnis:Gali šiek tiek išsipūsti įkrovimo-iškrovimo ciklų talpos tikrinimo metu. 7. Perkrovimas / per didelis-iškrovimas: dėl proceso, įrangos ar apsaugos grandinės plokštės (PCB) gedimų akumuliatoriaus elementas per daug įkraunamas arba per daug išsikrauna, todėl labai išbrinksta (generuojasi dujos).

8. Trumpasis jungimas:Veikimo klaidos, sukeliančios kontaktą tarp veikiančių ląstelių skirtukų, sukelia trumpąjį jungimą; elementas išsipučia, įtampa greitai krenta, o skirtukai pasidaro juodi.

9. Vidinis trumpasis jungimas:Trumpasis jungimas tarp anodo ir katodo ląstelės viduje sukelia greitą iškrovimą ir šilumos susidarymą, kartu su dideliu patinimu. Priežastys yra dizaino trūkumai; separatoriaus susitraukimas, susisukimas arba pažeidimas; bi-ląstelių nesutapimas; atplaišos, pradurusios separatorių; per didelis tvirtinimo elementų slėgis; arba per-suspaudimas naudojant šiluminio-sandarinimo mašiną. Pavyzdžiui, dėl nepakankamo pločio ir per didelio ląstelės korpuso suspaudimo šiluminio sandarinimo mašina anksčiau sukėlė anodo-katodo trumpumą ir patinimą.

10. Korozija:Ląstelės korozija sunaudoja aliuminio sluoksnį, suardo jo drėgmės barjero funkciją ir sukelia patinimą.

11. Nenormalus vakuuminis degazavimas:Sistemos ar įrangos problemos lemia netinkamą vakuumo lygį arba nebaigtą degazavimą. Pavyzdžiui, jei šilumos spinduliuotės zona vakuuminio sandarinimo metu yra per didelė, degazavimo auskarų įrankiu gali nepavykti veiksmingai pradurti maišelio, todėl dujos gali būti nebaigtos ištraukti.

Norint sustabdyti neįprastą dujų susidarymą, reikia spręsti tiek medžiagų projektavimo, tiek gamybos procesus.

Pirma,medžiagų ir elektrolitų sistemos turi būti optimizuotos, kad susidarytų tanki, stabili kietojo elektrolitų tarpfazės (SEI) plėvelė, padidėtų katodo medžiagos stabilumas ir būtų užkirstas kelias nenormaliam dujų susidarymui.

Apdorojant elektrolitais, dažnai naudojami nedideli plėvelę{0}}sudarančių priedų kiekiai, kad SEI plėvelė būtų tolygesnė ir tankesnė. Tai sumažina dujų susidarymą dėl SEI plėvelės atsiskyrimo ir regeneracijos naudojant akumuliatorių, taip sumažinant patinimą; tokie metodai buvo dokumentuoti moksliniuose tyrimuose ir taikomi praktikoje.

Tyrimai rodo, kad SEI plėvelės komponentai, sudaryti iš EC (etileno karbonato) ir VC (vinileno karbonato), susideda iš linijinių ličio alkilkarbonatų. Esant aukštai temperatūrai, ličio alkilo karbonatai, prijungti prie ličio anglies (LiC), yra nestabilūs ir suyra, sudarydami dujas (pvz., CO2), todėl akumuliatorius išsipučia. PS suformuota SEI plėvelė susideda iš ličio alkilsulfonato; nors plėvelė turi defektų, ji turi tam tikrą dvimatę struktūrą ir išlieka gana stabili ant LiC paviršiaus net esant aukštai temperatūrai. Kai PS ir VC naudojami kartu, esant žemesnei įtampai, PS sudaro sugedusią dvimatę struktūrą ant anodo paviršiaus; kylant įtampai, VC sudaro linijinį -struktūrinį ličio alkilkarbonatą, kuris užpildo dvimatės -struktūros defektus, todėl ant LiC susidaro stabili tinklo{8}}struktūrinė SEI plėvelė. Šio tipo SEI plėvelės struktūra žymiai padidina stabilumą ir efektyviai slopina dujų susidarymą, kurį sukelia plėvelės skilimas.

Be to,dėl sąveikos tarp ličio kobalto oksido katodo medžiagos ir elektrolito susidaro skilimo produktai, kurie katalizuoja elektrolitų tirpiklių skilimą. Vadinasi, katodo medžiagos padengimas paviršiaus danga ne tik pagerina struktūrinį stabilumą, bet ir sumažina katodo ir elektrolito kontaktą, taip sumažinant dujų susidarymą, kurį sukelia katodo katalizinio skilimo aktyvumas. Todėl stabilaus, nepažeisto dangos sluoksnio susidarymas ant katodo medžiagos dalelių paviršiaus yra pagrindinė dabartinės raidos kryptis.

Acey New Energyspecializuojasi teikiant vieno{0}}sprendimus pusiau-automatinėms/visiškai{2}}automatinėms ličio baterijų surinkimo linijoms, naudojamoms ESS, UAV, E-dviračiais, E-paspirtukais, elektriniuose įrankiuose, dviejų ar trijų ratų motocikluose ir kt. ličio jonųakumuliatoriaus surinkimo linija, galime suteikti jums profesionalią techninę pagalbą ir patarimus, nedvejodami susisiekite su mumis!

Susisiekite dabar