Liitiumioonakude turse põhjuste analüüs

Liitiumioonakusid kasutatakse pika eluea ja suure mahutavuse tõttu laialdaselt. Kasutusaja pikenemisega on aga turse, ebarahuldava ohutuse ja tsükli kiirendatud sumbumise probleemid muutunud üha tõsisemaks, mis on põhjustanud liitiumpatareide tööstuses põhjalikku analüüsi ja mahasurumist. Uuring. Eksperimentaalsete uurimis- ja arenduskogemuste põhjal jagab autor liitiumakude paisumise põhjused kahte kategooriasse, üks on patarei, mis on põhjustatud aku pooluse jämeduse muutusest; teine ​​on elektrolüüdi oksüdeerumisel ja lagunemisel tekkiv turse gaasi saamiseks. Erinevates akusüsteemides on aku paksuse muutumise peamised tegurid erinevad. Näiteks liitiumtitanaadi anoodisüsteemi akus on turse peamine tegur õhupaisumine; grafiitanoodisüsteemis mõjutab pooluse paksus ja gaasi tootmine aku turset. Mängige reklaamirolli.

1. Elektroodi pooluse paksuse muutus

Liitiumpatareide kasutamisel muutub elektroodi pooluste paksus teatud määral, eriti grafiit-negatiivne elektrood. Olemasolevate andmete kohaselt on liitiumpatareid pärast kõrgel temperatuuril säilitamist ja ringlust tursele kalduvad ning paksuse kasvukiirus on umbes 6% kuni 20%. Positiivse elektroodi paisumiskiirus on ainult 4% ja negatiivse elektroodi paisumiskiirus üle 20%. Peamine põhjus paisumisele, mis on põhjustatud liitiumaku aku pooluse suurenenud paksusest, on grafiidi põhiolemus. Negatiivse elektroodiga grafiit moodustab liitiumi sisestamisel LiCx (LiC24, LiC12 ja LiC6 jne) ja võre vahe muutub, mille tulemusel moodustub mikroskoopiline sisemine pinge, mis põhjustab negatiivse elektroodi turse tekkimist. Alloleval joonisel on skemaatiline diagramm grafiit-negatiivse pooluse struktuuri muutustest paigutamise, laadimise ja tühjendamise ajal.

Grafiit-negatiivse elektroodi laienemine on peamiselt põhjustatud pöördumatust paisumisest pärast liitium sisestamist. See paisumise osa on peamiselt seotud osakeste suuruse, liimi ja vardatüki struktuuriga. Negatiivse elektroodi paisumine põhjustab südamiku deformatsiooni, moodustades elektroodi ja membraani vahel õõnsuse, moodustades negatiivsete elektroodide osakestes mikropraod, purustades ja korrastades tahke elektrolüüdi liidese (SEI) membraani, tarbides elektrolüüdi ja halvenedes. tsükli jõudlus. Negatiivse pooluse paksust mõjutavad paljud tegurid. Liimi omadused ja vardatüki struktuuri parameetrid on kaks kõige olulisemat.

Grafiit-negatiivsete elektroodide jaoks tavaliselt kasutatav liim on SBR. Erinevatel liimidel on erinev elastsusmoodul ja mehaaniline tugevus ning neil on erinev mõju postitüki paksusele. Veeremisjõud pärast vardatüki katmist mõjutab ka aku kasutamisel negatiivse varda paksust. Sama pinge korral, mida suurem on liimi elastsusmoodul, seda väiksem on vardatüki tagasilöök füüsilisest paigutusest; laadimise ajal laieneb grafiitvõre Li + sisestamise tõttu; samal ajal on negatiivsete elektroodiosakeste ja SBR-i deformatsiooni tõttu sisemine pinge täielikult vabastatud, pane negatiivse elektroodi paisumiskiirus järsult tõusma, SBR on plastilise deformatsiooni staadiumis. See paisumiskiiruse osa on seotud SBR elastsusmooduli ja purunemistugevusega, mille tulemuseks on suurem SBR elastsusmoodul ja purunemistugevus, seda väiksem on pöördumatu paisumine.

Kui lisatud SBR-i kogus on vastuoluline, on veeretamise ajal vardapoolsele rõhule erinev rõhk. Erinevad rõhud põhjustavad teatavat vaiadetaili tekitatud jääkpinges erinevust. Mida suurem on rõhk, seda suurem on jääkpinge, mis viib hoiuse füüsilise laienemiseni, täieliku elektriseisundi ja tühja elektriseisundi paisumiskiiruse suurenemiseni; mida väiksem on SBR-sisaldus, seda madalam on rõhk valtsimise ajal, seda väiksem on füüsilise salvestuse paisumiskiirus, täielik elektriline olek ja tühi elektriline olek varajases staadiumis; negatiivse elektroodi paisumine põhjustab südamiku deformatsiooni ja mõjutab negatiivset elektroodi. Liitium sisestamise aste ja Li + difusioonikiirus mõjutavad tõsiselt akutsükli jõudlust.

2. Aku gaasi tootmisest põhjustatud puhitus

Aku sees tekkiv gaas on veel üks oluline aku turse põhjus. Sõltumata sellest, kas akut hoitakse toatemperatuuril, kõrge temperatuuriga tsüklil või kõrgel temperatuuril, tekitab see erineval määral turset ja gaasi. Praeguste uurimistulemuste kohaselt põhjustab rakkude puhitamise olemuse elektrolüüdi lagunemine. Elektrolüütide lagunemist on kaks. Üks on see, et elektrolüüdis on lisandeid, näiteks niiskust ja metalli lisandeid, mis põhjustavad elektrolüüdi lagunemist ja gaasi tootmist. Teine on see, et elektrolüüdi elektrokeemiline aken on liiga madal, mis põhjustab laadimisprotsessi käigus lagunemist. Lahustid nagu EC, DEC jne tekitavad pärast elektronide saamist vabu radikaale. Vabade radikaalide reaktsioonide otsene tagajärg on madala keemiseni süsivesinike, estrite, eetrite ja CO2 tootmine.

Pärast liitiumpatarei kokkupanekut tekib eelvormimise käigus väike kogus gaasi. Need gaasid on paratamatud ja põhjustavad ka aku nn pöördumatut mahukaotust. Esimesel laadimis- ja tühjendusprotsessil läbivad nad gaasi tekitamiseks oksüdatsiooni-reduktsiooni reaktsiooni negatiivse elektroodi pinnal oleva elektrolüüdiga pärast seda, kui elektronid jõuavad välisest vooluringist negatiivsele elektroodile. Selle protsessi käigus moodustub grafiit-negatiivse elektroodi pinnale SEI. Kui SEI paksus suureneb, ei saa elektronid tungida läbi ja pärssida elektrolüüdi pidevat oksüdeerumist ja lagunemist. SEI moodustumise kohta vt artiklit: Kuivad kaubad|Mis on SEI? Nii palju mõju liitiumpatareidele! Aku kasutamise ajal suureneb sisemine gaasitoodang järk-järgult. Põhjuseks on see, et elektrolüüdis on lisandeid või akus on liiga palju niiskust. Elektrolüüdis olevad lisandid tuleb hoolikalt eemaldada. Ebapiisava niiskuse reguleerimise põhjuseks võib olla elektrolüüt ise, aku ebaõige pakendamine, niiskuse sisestamine ja nurkade purunemine. Lisaks kiirendab aku&# 39 ülelaadimine, ülelaadimine, kuritarvitamine ja sisemine lühis ka aku&# 39 gaasi tootmise kiirust, põhjustades aku tõrke.

Erinevates süsteemides on aku turse aste erinev. Grafiitanoodisüsteemi akus on gaaside turse peamisteks põhjusteks ülalnimetatud SEI-kile moodustumine, liigne niiskus rakus, ebanormaalne keemiline muundamisprotsess, halb pakendamine jms, samas kui liitiumtitanaat-anoodisüsteemis põhjustab aku puhitus on rohkem kui grafiit / NCM-akusüsteem on palju tõsisem. Lisaks lisanditele, niiskusele ja protsessile elektrolüüdis on grafiidanoodist erinev põhjus ka see, et liitiumtitanaat ei saa oma pinnale moodustada SEI-kilet nagu grafiitanoodisüsteemi aku, et pärssida selle elektrolüüdi reaktsiooni. Laadimis- ja tühjendusprotsessi ajal on elektrolüüt alati otseses kontaktis Li4Ti5O12 pinnaga, mille tulemuseks on elektrienergia pidev vähenemine ja lagunemine Li4Ti5O12 materjali pinnal, mis võib olla Li4Ti5O12 aku puhitus algpõhjus. Gaasi põhikomponendid on H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 ja nii edasi. Kui liitiumtitanaat kastetakse ainult elektrolüüdi, tekib ainult CO2. Pärast seda, kui sellest on tehtud NCM-materjalidega aku, sisaldavad tekkivad gaasid H2, CO2, CO ja väikest kogust gaasilisi süsivesinikke. Laadimise ja tühjendamise ajal tekib H2 ning H2 sisaldus samal ajal toodetud gaasis ületab 50%. See näitab, et H2 ja CO gaas tekib laadimise ja tühjendamise käigus.

LiPF6-l on elektrolüüdis järgmine tasakaal:

PF5 on tugev hape, mis põhjustab kergesti karbonaatide lagunemist ja PF5 kogus suureneb temperatuuri tõustes. PF5 aitab elektrolüüdil laguneda, tekitades CO2, CO ja CxHy gaasi. Seotud uuringute kohaselt pärineb H2 elektrolüüdis olevast veest, kuid veesisaldus elektrolüüdis on tavaliselt umbes 20 × 10-6, mis aitab väga vähe kaasa H2 väljundile. Shanghai Jiaotongi ülikooli Wu Kai kasutas oma katses akuna grafiiti / NCM111 ja jõudis järeldusele, et H2 allikaks on karbonaadi lagunemine kõrgepinge all. Praegu on liitiumtitanaatakude gaaside tekke pärssimiseks peamiselt kolm lahendust. Esiteks LTO anoodmaterjalide töötlemine ja modifitseerimine, sealhulgas täiustatud valmistamismeetodid ja pinna modifitseerimine jne; teiseks elektrolüütide väljatöötamine, mis sobivad LTO anoodidega, sealhulgas lisanditega, Solvent süsteem; kolmandaks, parandage akutehnoloogiat.