Kāpēc maisiņa šūnas uzbriest?

Ir daudz iemeslu, kāpēc maciņa{0}}tipa-litija jonu akumulatori uzbriest. Pamatojoties uz eksperimentālo pētniecības un izstrādes pieredzi, pietūkuma cēloņus var iedalīt trīs veidos: pirmkārt, biezuma palielināšanās, ko izraisa akumulatora elektrodu loksnes izplešanās riteņbraukšanas laikā; otrkārt, pietūkums, ko izraisa gāzes veidošanās elektrolīta oksidatīvās sadalīšanās rezultātā; un treškārt, pietūkums, ko izraisa ražošanas defekti, piemēram, mitruma iekļūšana sliktas blīvēšanas vai šūnu stūru bojājumu dēļ.

Dominējošie faktori, kas izraisa izmaiņas akumulatora biezumā, dažādās akumulatoru ķīmiskās vielas atšķiras. Piemēram, akumulatoros, kuros izmanto litija titanāta (LTO) anodus, gāzes veidošanās ir galvenais pietūkuma cēlonis; turpretim baterijām ar grafīta anodiem gan elektrodu loksnes izplešanās, gan gāzes veidošanās veicina pietūkumu.

Diskusija par faktoriem un mehānismiem, kas ietekmē grafīta anoda izplešanos

Elementu biezuma palielināšanās litija{0}}jonu akumulatoru uzlādes laikā galvenokārt ir saistīta ar anoda paplašināšanos; katoda izplešanās ātrums ir tikai 2–4%. Anodi parasti sastāv no grafīta, saistvielas un vadoša oglekļa, un paša grafīta materiāla izplešanās ātrums ir aptuveni 10%. Galvenie faktori, kas ietekmē grafīta anodu izplešanās ātrumu, ir SEI (Solid Electrolyte Interphase) plēves veidošanās, uzlādes stāvoklis (SOC), procesa parametri un citi mainīgie.

(1) SEI plēves veidošanās
Litija-jonu akumulatora sākotnējās uzlādes-izlādes cikla laikā starp elektrolītu un grafīta daļiņām notiek reducēšanās reakcija uz cietā-šķidruma saskarnes, veidojot pasivācijas slāni (SEI plēvi) virs elektroda materiāla. SEI plēves veidošanās izraisa ievērojamu anoda biezuma palielināšanos, veicinot kopējo šūnu biezuma palielināšanos par aptuveni 4%. Ilgtermiņa -ciklēšanas laikā grafīta fiziskā struktūra un īpatnējais virsmas laukums ietekmē dinamisku procesu, kas ietver esošā SEI izjaukšanu un jaunu SEI veidošanos; piemēram, pārslu grafītam ir lielāks izplešanās ātrums nekā sfēriskajam grafītam.

(2) Uzlādes stāvoklis (SOC)
Riteņbraukšanas procesa laikā grafīta anoda tilpuma paplašināšanās uzrāda spēcīgu periodisku funkcionālu saikni ar šūnas SOC. Konkrēti, tilpums pakāpeniski paplašinās, litija joniem interkalējoties grafītā (palielinot šūnas SOC); un otrādi, kad litija joni de-interkalējas no grafīta anoda, šūnas SOC samazinās un attiecīgi sarūk grafīta anoda tilpums.

(3) Procesa parametri
Runājot par procesa parametriem, blīvēšanas blīvums būtiski ietekmē grafīta anodu. Elektrodu loksnes aukstās presēšanas laikā grafīta anoda pārklājuma slānī veidojas ievērojams spiedes spriegums; šo stresu ir grūti pilnībā novērst, veicot turpmākās darbības, piemēram, cepot augstā temperatūrā{1}}. Uzlādes-izlādes cikla laikā litija-jonu interkalācijas/de-interkalācijas un elektrolīta-izraisītā saistvielas pietūkuma kombinētā iedarbība izraisa pārklājuma spriedzes atbrīvošanos, tādējādi palielinot izplešanos. Turklāt blīvēšanas blīvums nosaka tukšumu tilpumu anoda pārklājumā. Liels tukšuma tilpums var efektīvi pielāgot elektrodu loksnes izplešanos.

Un otrādi, ja tukšuma tilpums ir mazs, nav pietiekami daudz vietas, lai absorbētu izplešanos; līdz ar to izplešanās tiek spiesta uz āru, kas izpaužas kā anoda loksnes kopējā tilpuma palielināšanās.

(4) Citi faktori
Citi faktori, kas ietekmē anoda izplešanos, ir saistvielas adhēzijas stiprums (konkrēti saskarnes adhēzija starp saistvielu, grafīta daļiņām, vadošu oglekli un strāvas savācēju), lādiņa{0}}izlādes ātrums, saistvielas uzpūšanās elektrolītā, grafīta formas un blīvuma palielināšanās daļiņu sadalīšanās laikā. riteņbraukšana.

Acey New Energy specializējas litija-jonu akumulatoru{0}}augstākās klases aprīkojuma izpētē un ražošanā. Mēs varam nodrošināt vienu-pieturas risinājumu laboratorijas-mērogamakumulatoru ražošanas līnijacilindriskam akumulatoram, monētu elementam, maisiņa elementam

Gāzes veidošanās akumulatorā ir vēl viens galvenais pietūkuma cēlonis.

Braucot ar velosipēdu istabas vai augstā temperatūrā, kā arī uzglabājot augstā{0}}temperatūrā, akumulatoriem ir dažādas pakāpes gāzes veidošanās un pietūkums.

Sākotnējā uzlādes{0}}izlādes cikla laikā uz elektroda virsmas veidojas cietā elektrolītu starpfāzes (SEI) plēve. SEI (Solid Electrolyte Interphase) slāņa veidošanās uz anoda galvenokārt rodas EC (etilēna karbonāta) reducējošās sadalīšanās rezultātā; alkillitija un Li2CO3 veidošanos pavada ievērojama CO un C2H4 daudzuma ražošana. Šķīdinātāji, piemēram, DMC (dimetilkarbonāts) un EMC (etilmetilkarbonāts), arī veicina plēves veidošanos, radot RLiCO3 un ROLi kopā ar gāzēm, piemēram, CH4, C2H6, C3H8 un CO. Elektrolītos, kuru pamatā ir PC (propilēna karbonāts)-, gāzes veidošanās ir relatīvi lielāka no PC3 samazināšanas, galvenokārt,8 dēļ. LiFePO4 maisiņu šūnām gāzes pietūkums ir vissmagākais pēc sākotnējā 0,1 C uzlādes cikla pabeigšanas.

Ir skaidrs, ka SEI veidošanos neizbēgami pavada ievērojama gāzes daudzuma veidošanās. H2O piemaisījumu klātbūtne destabilizē P-F saites LiPF6, izraisot HF veidošanos; tas destabilizē akumulatora sistēmu un rada gāzi. Pārmērīgs H2O patērē Li+ jonus, veidojot LiOH, LiO2 un H2, kas arī izraisa gāzes izdalīšanos. Gāzes veidošanās notiek arī uzglabāšanas un ilgstošas ​​uzlādes{10}}izlādes cikla laikā; slēgtās litija{11}}jonu akumulatoros ievērojama gāzes uzkrāšanās izraisa pietūkumu, tādējādi pasliktinot akumulatora veiktspēju un saīsinot tā kalpošanas laiku. Galvenie gāzes veidošanās iemesli uzglabāšanas laikā ir šādi:

(1) Akumulatora sistēmā esošais H2O izraisa HF veidošanos, kas bojā SEI slāni. Skābeklis (O2) sistēmā var oksidēt elektrolītu, kā rezultātā rodas liels daudzums CO2;
(2) Ja sākotnējās aktivizācijas (veidošanās) laikā izveidotais SEI slānis ir nestabils, tas var degradēties uzglabāšanas laikā; sekojošais SEI slāņa remonts izdala gāzes, kas galvenokārt sastāv no ogļūdeņražiem. Ilgstošas ​​uzlādes-izlādes cikla laikā katoda materiāla kristāliskās struktūras izmaiņas un nevienmērīgs potenciālu sadalījums pa elektrodu virsmu var izraisīt lokālus augstus potenciālus. Tas samazina elektrolīta stabilitāti pie elektrodu saskarnes; nepārtraukta virsmas plēves sabiezēšana palielina saskarnes pretestību, vēl vairāk paaugstinot reakcijas potenciālu. Tas izraisa elektrolītu sadalīšanos un gāzes veidošanos, savukārt katoda materiāls var arī atbrīvot gāzi.

Baterijām ir dažāda pietūkuma pakāpe atkarībā no to ķīmiskajām sistēmām. Baterijās, kurās izmanto grafīta anodus, galvenie gāzes veidošanās un uzpūšanās cēloņi ir -kā minēts iepriekš-SEI slāņa veidošanās, pārmērīgs mitruma saturs šūnā, veidošanās procesa anomālijas un slikta blīvēšana. Turpretim litija titanāta (LTO) anoda sistēmā nozare parasti saista gāzes veidošanos Li4Ti5O12 baterijās ar materiāla raksturīgo tendenci absorbēt mitrumu, lai gan nav galīgu pierādījumu, kas apstiprinātu šo hipotēzi.

1. Slikts blīvējums:Blīvējuma defektu izraisīto pietūkušo šūnu sastopamība ir ievērojami samazinājusies. Defekti var rasties jebkurā blīvējuma pusē, un visbiežāk sastopamās problemātiskās vietas ir augšējās blīvēšanas un degazēšanas blīves; augšējās blīvēšanas problēmas parasti attiecas uz cilnes laukumu, savukārt degazēšanas problēmas bieži ir saistītas ar atslāņošanos. Slikts blīvējums ļauj atmosfēras mitrumam iekļūt šūnā, izraisot elektrolītu sadalīšanos un gāzes veidošanos.

2. Maciņas virsmas bojājumi:Ražošanas līnijas plūsmas laikā maisiņš var tikt bojāts nejauši vai cilvēka{0}}izraisīts (piemēram, caurumi), kas ļauj mitrumam iekļūt šūnas iekšpusē.

3. Stūra bojājumi:Alumīnija slāņa specifiskās deformācijas dēļ salocītajos stūros gāzes maisa kustība var sagriezt stūri, sabojājot alumīniju (lielākas šūnas ar lielākiem gāzes maisiem ir vairāk pakļautas tam) un apdraudot mitruma barjeru. Šo risku var mazināt, uzklājot stūros kreppalenti vai karstu{1}}līmi. Turklāt ir aizliegts rīkoties ar elementiem aiz gāzes maisa pēc augšējās aizzīmogošanas; ekspluatācijas laikā jābūt īpaši piesardzīgiem, lai novērstu šūnu šūpošanos, atrodoties uz novecošanas statīviem.

4. Pārmērīgs iekšējais mitruma saturs:Ja mitruma līmenis pārsniedz robežas, elektrolīts noārdās, izraisot gāzes veidošanos pēc veidošanās vai degazēšanas. Galvenie pārmērīga iekšējā mitruma cēloņi ir: augsts mitruma saturs elektrolītā, augsts mitruma saturs tukšajā kamerā pēc cepšanas un pārmērīgs mitrums sausā telpā. Ja ir aizdomas, ka pietūkuma cēlonis ir pārmērīgs mitrums, var veikt procesa izsekojamības pārbaudi.

5. Veidošanās procesa anomālijas:Nepareizas veidošanās procedūras var izraisīt šūnu pietūkumu.

6. Nestabils SEI slānis:Uzlādes-kapacitātes pārbaudes izlādes ciklu laikā. 7. pārlādēšana/pārmērīga-izlāde var rasties nedaudz uzbriest: procesa, aprīkojuma vai aizsardzības shēmas plates (PCB) darbības traucējumu dēļ akumulatora elementā notiek pārslodze vai pārmērīga izlāde, izraisot nopietnu pietūkumu (gāzes veidošanos).

8. Īssavienojums:Darbības kļūdas, kas izraisa kontaktu starp dzīvās šūnas cilnēm, izraisa īssavienojumu; šūna uzbriest, spriegums strauji pazeminās, un cilnes kļūst pārogļotas melnas.

9. Iekšējais īssavienojums:Īssavienojums starp anodu un katodu šūnas iekšpusē izraisa ātru izlādi un siltuma veidošanos, ko pavada smags pietūkums. Cēloņi ietver dizaina nepilnības; separatora saraušanās, krokošanās vai bojājumi; bi-šūnu neatbilstība; urbumi, kas caurdur separatoru; pārmērīgs stiprinājuma spiediens; vai pārmērīga-saspiešana ar termiskās-blīvēšanas iekārtu. Piemēram, nepietiekams platums apvienojumā ar pārmērīgu šūnas korpusa saspiešanu ar karstuma{5}}blīvēšanas iekārtu iepriekš ir izraisījis anoda-katoda īssavienojumu un pietūkumu.

10. Korozija:Šūnas korozija patērē alumīnija slāni, iznīcinot tā mitruma barjeras funkciju un izraisot pietūkumu.

11. Nenormāla vakuuma degazēšana:Sistēmas vai aprīkojuma problēmas izraisa nepareizu vakuuma līmeni vai nepilnīgu degazēšanu. Piemēram, ja siltuma starojuma zona vakuuma blīvēšanas laikā ir pārāk liela, degazācijas caurduršanas rīks var neizdoties efektīvi caurdurt maisiņu, izraisot nepilnīgu gāzes ekstrakciju.

Lai apspiestu neparastu gāzes veidošanos, ir jārisina gan materiālu projektēšanas, gan ražošanas procesi.

Pirmkārt,materiālu un elektrolītu sistēmas ir jāoptimizē, lai nodrošinātu blīvas, stabilas cietās elektrolītu starpfāzes (SEI) plēves veidošanos, uzlabotu katoda materiāla stabilitāti un kavētu neparastu gāzes veidošanos.

Attiecībā uz elektrolītu apstrādi bieži tiek izmantots neliels daudzums plēvi veidojošu piedevu{0}}, lai padarītu SEI plēvi viendabīgāku un blīvāku. Tas samazina gāzes veidošanos, ko izraisa SEI plēves atdalīšanās un reģenerācija akumulatora lietošanas laikā, tādējādi mazinot pietūkumu; šādas metodes ir dokumentētas pētījumos un pielietotas praksē.

Pētījumi liecina, ka SEI plēves komponenti, ko veido EC (etilēna karbonāts) un VC (vinilēna karbonāts), sastāv no lineāriem litija alkilkarbonātiem. Augstās temperatūrās litija alkilkarbonāti, kas saistīti ar litiju oglekli (LiC), ir nestabili un sadalās, veidojot gāzes (piemēram, CO2), izraisot akumulatora uzpūšanos. SEI plēve, ko veido PS, sastāv no litija alkilsulfonāta; lai gan plēvei ir defekti, tai ir noteikta divdimensiju struktūra un tā saglabājas relatīvi stabila uz LiC virsmas pat augstā temperatūrā. Ja PS un VC tiek lietoti kopā, PS veido bojātu divdimensiju struktūru uz anoda virsmas pie zemāka sprieguma; paaugstinoties spriegumam, VC veido lineāru -strukturētu litija alkilkarbonātu, kas aizpilda divu-dimensiju struktūras defektus, kā rezultātā uz LiC veidojas stabila, tīkla-strukturēta SEI plēve. Šāda veida SEI plēves struktūra ievērojami uzlabo stabilitāti un efektīvi nomāc gāzes veidošanos, ko izraisa plēves sadalīšanās.

Turklātmijiedarbība starp litija kobalta oksīda katoda materiālu un elektrolītu izraisa sadalīšanās produktus, kas katalizē elektrolītu šķīdinātāju sadalīšanos. Līdz ar to virsmas pārklājuma uzklāšana uz katoda materiāla ne tikai uzlabo strukturālo stabilitāti, bet arī samazina kontaktu starp katodu un elektrolītu, tādējādi samazinot gāzes veidošanos, ko izraisa katoda katalītiskā sadalīšanās aktivitāte. Tāpēc stabila, neskarta pārklājuma slāņa veidošanās uz katoda materiāla daļiņu virsmas ir galvenais pašreizējās attīstības virziens.

Acey New Energyspecializējas vienas{0}}risinājumu nodrošināšanā pus-automātiskajām/pilnībā{2}}litija akumulatoru komplektu montāžas līnijām, ko izmanto ESS, UAV, E-velosipēdos, E-motorolleros, elektroinstrumentos, divriteņu/trīsriteņos utt. Ja vēlaties izveidot jaunu litija, litija vai jonu akumulatoru rūpniecībā litija jonsakumulatoru komplekta montāžas līnija, mēs varam sniegt jums profesionālu tehnisko atbalstu un norādījumus, lūdzu, sazinieties ar mums!

Sazinieties tagad