Kotti{0}}tüüpi liitium-ioonakude paisumisel on palju põhjuseid. Eksperimentaalse uurimis- ja arendustegevuse kogemuse põhjal võib turse põhjuseid liigitada kolme tüüpi: esiteks aku elektroodide lehtede paisumisest tingitud paksuse suurenemine rattasõidu ajal; teiseks elektrolüüdi oksüdatiivse lagunemise tagajärjel tekkinud gaasi tekkest põhjustatud turse; ja kolmandaks turse, mis on põhjustatud tootmisdefektidest, nagu niiskuse sissepääs halvast tihendusest või rakunurkade kahjustusest.
Aku paksuse muutusi põhjustavad domineerivad tegurid on erinevate akude keemiliste omaduste lõikes erinevad. Näiteks liitiumtitanaadi (LTO) anoodidega akude puhul on gaasi teke paistetuse peamine põhjus; seevastu grafiitanoodidega akude puhul soodustavad paisumist nii elektroodilehe paisumine kui ka gaasi teke.
I. Muutused elektroodi lehe paksuses
Arutelu grafiidianoodi laienemist mõjutavate tegurite ja mehhanismide üle
Elementide paksuse suurenemine liitium-ioonakude laadimise ajal on peamiselt tingitud anoodi laienemisest; katoodi paisumiskiirus on vaid 2–4%. Anoodid koosnevad tavaliselt grafiidist, sideainest ja juhtivast süsinikust, kusjuures grafiitmaterjali enda paisumismäär on ligikaudu 10%. Grafiidianoodide paisumiskiirust mõjutavad peamised tegurid on SEI (Solid Electrolyte Interphase) kile moodustumine, laengu olek (SOC), protsessi parameetrid ja muud muutujad.
(1) SEI Film Formation
Liitium-aku esmase laadimis-tühjenemistsükli ajal toimub elektrolüüdi ja grafiidiosakeste vahel tahke-vedeliku liideses redutseerimisreaktsioon, moodustades elektroodi materjali peale passiveerimiskihi (SEI-kile). SEI kile moodustumine toob kaasa anoodi paksuse olulise suurenemise, aidates kaasa raku paksuse üldisele suurenemisele ligikaudu 4%. Pikaajalise-tsükli jooksul mõjutavad grafiidi füüsiline struktuur ja eripind dünaamilist protsessi, mis hõlmab olemasoleva SEI lahustumist ja uue SEI moodustumist; Näiteks helvesgrafiidil on suurem paisumiskiirus kui sfäärilisel grafiidil.
(2) Laadimisolek (SOC)
Tsükliprotsessi ajal on grafiitanoodi mahu laienemisel tugev perioodiline funktsionaalne seos raku SOC-ga. Täpsemalt, maht laieneb järk-järgult, kui liitiumioonid interkaleeruvad grafiidiks (suurendab raku SOC); vastupidi, kui liitiumioonid de-interkaleeruvad grafiidianoodilt, väheneb elemendi SOC ja grafiidianoodi maht väheneb vastavalt.
(3) Protsessi parameetrid
Protsessi parameetrite osas mõjutab tihendustihedus oluliselt grafiidianoodi. Elektroodilehe külmpressimise ajal tekib grafiitanoodi kattekihis oluline survepinge; seda stressi on raske järgmiste etappide, näiteks kõrgel temperatuuril küpsetamise{1}} käigus täielikult leevendada. Laadimis-tühjenemise tsükli ajal põhjustavad liitiumi-ioonide interkalatsiooni/de-interkalatsiooni ja elektrolüüdi-indutseeritud sideaine paisumise koosmõju kattekihi sees oleva pinge vabanemise, mis põhjustab suurenenud paisumist. Lisaks määrab tihendustihedus anoodikatte tühimiku. Suur tühimik mahutab tõhusalt elektroodilehe laienemist.
Ja vastupidi, kui tühimiku maht on väike, ei ole paisumise neelamiseks piisavalt ruumi; järelikult on paisumine sunnitud väljapoole, mis väljendub anoodilehe üldmahu suurenemisena.
(4) Muud tegurid
Muud tegurid, mis mõjutavad anoodi laienemist, hõlmavad sideaine adhesioonitugevust (täpsemalt sideaine, grafiidiosakeste, juhtiva süsiniku ja voolukollektori liidese adhesiooni), laengu{0}}tühjenemise kiirust, sideaine paisumiskäitumist elektrolüüdis, grafiidi kuju ja pakkimistihedust osakeste lagunemise ajal ja grafiidi ruumala suurenemist. jalgrattasõit.
Acey New Energy on spetsialiseerunud liitium-ioonakude tipptasemel-seadmete uurimisele ja tootmisele. Saame pakkuda ühtset-lahendust labori-skaala jaoksaku tootmisliinsilindrilise aku, mündielemendi, kottelemendi jaoks
II. Gaasi tekkest põhjustatud turse
Gaasi teke akus on veel üks peamine turse põhjus.
Patareides tekivad erineval määral gaasid ja paisuvad toa- või kõrgel temperatuuril jalgrattaga sõitmisel, samuti kõrgel{0}}temperatuuril hoidmisel.
Esialgse laadimis{0}}tühjenemistsükli ajal moodustub elektroodi pinnale tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) kile. SEI (Solid Electrolyte Interphase) kihi moodustumine anoodil tuleneb peamiselt EC (etüleenkarbonaadi) redutseerivast lagunemisest; alküülliitiumi ja Li2CO3 tekkega kaasneb märkimisväärses koguses CO ja C2H4 tootmine. Sellised lahustid nagu DMC (dimetüülkarbonaat) ja EMC (etüülmetüülkarbonaat) aitavad samuti kaasa kile moodustumisele, andes RLiCO3 ja ROLi koos selliste gaasidega nagu CH4, C2H6, C3H8 ja CO. PC (propüleenkarbonaat)-põhistes elektrolüütides tekib gaaside tootmine suhteliselt kõrgem, kuna PC3 eraldub peamiselt 8 tõttu. LiFePO4 kottelementide puhul on gaasi turse kõige tõsisem pärast esialgse 0,1C laadimistsükli lõppu.
On ilmne, et SEI moodustumisega kaasneb paratamatult märkimisväärse koguse gaasi teke. H2O lisandite olemasolu destabiliseerib P-F sidemeid LiPF6-s, mis viib HF moodustumiseni; see destabiliseerib akusüsteemi ja tekitab gaasi. Liigne H2O tarbib Li+ ioone, tekitades LiOH, LiO2 ja H2, mille tulemuseks on ka gaasi eraldumine. Gaas tekib ka ladustamise ja pikaajalise laadimise{10}}tühjenemise ajal; suletud liitium{11}}ioonakudes põhjustab märkimisväärne gaasi kogunemine paisumist, mis halvendab aku jõudlust ja lühendab selle kasutusiga. Ladustamise ajal gaasi tekkimise peamised põhjused on järgmised:
(1) Akusüsteemis olev H2O põhjustab HF moodustumist, mis kahjustab SEI kihti. Süsteemis olev hapnik (O2) võib elektrolüüti oksüdeerida, mille tulemuseks on suures koguses CO2 teke;
(2) Kui esmase aktiveerimise (moodustumise) käigus moodustunud SEI kiht on ebastabiilne, võib see ladustamise ajal laguneda; SEI kihi järgnev remont vabastab peamiselt süsivesinikest koosnevaid gaase. Pikaajalise -laadimise-tühjenemise tsükli ajal võivad muutused katoodmaterjali kristallstruktuuris ja ebaühtlane potentsiaalide jaotus elektroodi pinnal põhjustada lokaalseid suuri potentsiaale. See vähendab elektrolüüdi stabiilsust elektroodi liideses; pinnakihi pidev paksenemine suurendab liideste takistust, suurendades veelgi reaktsioonipotentsiaali. See käivitab elektrolüütide lagunemise ja gaasi tekke, samas kui katoodimaterjal ise võib samuti gaasi eraldada.
Akud paisuvad erineval määral sõltuvalt nende keemilistest süsteemidest. Grafiitanoode kasutavate akude puhul on gaasi tekke ja paisumise peamised põhjused -nagu eelnevalt mainitud-SEI kihi moodustumine, liigne niiskus elemendis, anomaaliad moodustumise protsessis ja halb tihendus. Seevastu liitiumtitanaadi (LTO) anoodisüsteemis omistab tööstus Li4Ti5O12 akudes gaasi tekkimise üldiselt materjalile omasele kalduvusele niiskust imada, kuigi selle hüpoteesi kinnitamiseks puuduvad lõplikud tõendid.
III. Protsessi anomaaliatest põhjustatud gaaside teke ja turse
1. Halb tihendus:Tihendusdefektidest põhjustatud paisunud rakkude esinemissagedus on oluliselt vähenenud. Defektid võivad tekkida igal tihenduspoolel, kusjuures kõige levinumad probleemkohad on ülemised tihendus- ja degaseerimistihendid; Peamised tihendusprobleemid hõlmavad tavaliselt saki piirkonda, samas kui degaseerimisega seotud probleemid hõlmavad sageli delaminatsiooni. Halb tihendus võimaldab õhuniiskusel siseneda rakku, käivitades elektrolüütide lagunemise ja gaasi tekke.
2. Kotipinna kahjustused:Tootmisliini voolu ajal võib kott saada juhuslikult või inimese{0}}indutseeritud kahjustusi (nt augud), mis võimaldab niiskusel raku sisemusse tungida.
3. Nurgakahjustused:Alumiiniumkihi spetsiifilise deformatsiooni tõttu volditud nurkades võib gaasikoti liikumine nurka väänata, kahjustades alumiiniumi (suuremad gaasikotiga suuremad rakud on sellele vastuvõtlikumad) ja kahjustades niiskustõket. Krepplindi või kuum{1}}sulavliimi kandmine nurkadele aitab seda riski maandada. Peale selle on elementide käsitsemine gaasikotist pärast pealt sulgemist keelatud; töötamise ajal tuleb olla eriti ettevaatlik, et vältida rakkude õõtsumist vananemisriiulitel.
4. Liigne sisemine niiskusesisaldus:Kui niiskuse tase ületab piire, laguneb elektrolüüt, mis põhjustab pärast moodustumist või degaseerimist gaasi teket. Liigse siseniiskuse peamised põhjused on järgmised: elektrolüüdi kõrge niiskusesisaldus, kõrge niiskusesisaldus paljas elemendis pärast küpsetamist ja liigne niiskus kuivas ruumis. Kui turse põhjusena kahtlustatakse liigset niiskust, võib läbi viia protsessi jälgitavuse kontrolli.
5. Moodustamisprotsessi anomaaliad:Valed moodustamisprotseduurid võivad põhjustada rakkude turset.
6. Ebastabiilne SEI kiht:Laadimis-mahtuvuse testimise tühjenemistsüklite ajal. 7. ülelaadimine/üle-tühjenemine võib esineda kerget paisumist: protsessi, seadmete või kaitsetrükkplaadi (PCB) talitlushäirete tõttu laeb akuelement üle või tühjendub, mille tulemuseks on tugev paisumine (gaasi teke).
8. Lühis:Toimimisvead, mis põhjustavad kontakti pinge all olevate lahtri sakkide vahel, põhjustavad lühise; element paisub, pinge langeb kiiresti ja sakid muutuvad söestunud mustaks.
9. Sisemine lühis:Anoodi ja katoodi vaheline lühis rakus põhjustab kiiret tühjenemist ja soojuse teket, millega kaasneb tugev turse. Põhjused hõlmavad disainivigu; eraldaja kokkutõmbumine, kõverdumine või kahjustused; bi-rakkude vale joondamine; separaatorit torgavad purgid; liigne kinnitus rõhk; või üle-surumine kuumsulgemismasinaga-. Näiteks ebapiisav laius koos raku korpuse liigse kokkusurumisega kuumtihendusmasina poolt on varem põhjustanud anoodi-katoodi lühise ja turse.
10. Korrosioon:Raku korrosioon kulutab alumiiniumikihi, hävitades selle niiskustõkkefunktsiooni ja põhjustades turset.
11. Ebatavaline vaakumgaasimine:Süsteemi või seadmete probleemid põhjustavad vale vaakumitaseme või mittetäieliku degaseerimise. Näiteks kui soojuskiirguse tsoon vaakumtihendi ajal on liiga suur, ei pruugi degaseeriv läbitorkamistööriist kotti tõhusalt läbi torgata, mille tulemuseks on gaasi mittetäielik eemaldamine.
IV. Meetmed ebanormaalse gaasitootmise tõkestamiseks
Ebatavalise gaasi tekke mahasurumine nõuab nii materjalide kavandamise kui ka tootmisprotsessidega tegelemist.
Esiteks,materjali- ja elektrolüütide süsteemid tuleb optimeerida, et tagada tiheda ja stabiilse tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) kile moodustumine, suurendada katoodmaterjali stabiilsust ja takistada ebanormaalset gaasi teket.
Elektrolüütide töötlemisel kasutatakse sageli väikeses koguses kilet{0}}moodutavaid lisandeid, et muuta SEI kile ühtlasemaks ja tihedamaks. See vähendab gaasi teket, mis on põhjustatud SEI kile eraldumisest ja regeneratsioonist aku kasutamise ajal, leevendades seeläbi turset; sellised meetodid on uurimistöös dokumenteeritud ja praktikas rakendatud.
Uuringud näitavad, et EC (etüleenkarbonaat) ja VC (vinüleenkarbonaat) moodustatud SEI kile komponendid koosnevad lineaarsetest liitiumalküülkarbonaatidest. Kõrgetel temperatuuridel on liitiumalküülkarbonaadid liitiumsöega (LiC) seotud ebastabiilsed ja lagunevad, tekitades gaase (nt CO2), mis põhjustab aku paisumist. PS-i moodustatud SEI-kile koosneb liitiumalküülsulfonaadist; kuigi kile sisaldab defekte, on sellel teatud kahemõõtmeline struktuur ja see püsib LiC pinnal suhteliselt stabiilsena isegi kõrgetel temperatuuridel. Kui PS-i ja VC-d kasutatakse koos, moodustab PS madalama pinge korral anoodi pinnale defektse kahemõõtmelise struktuuri; pinge tõustes moodustab VC lineaarse -struktureeritud liitiumalküülkarbonaadi, mis täidab kahe-mõõtmelise struktuuri defektid, mille tulemuseks on stabiilne, võrgu{8}}struktureeritud SEI kile LiC-l. Seda tüüpi SEI-kile struktuur suurendab märkimisväärselt stabiilsust ja pärsib tõhusalt kile lagunemisest põhjustatud gaasi teket.
Lisaksliitiumkoobaltoksiidkatoodi materjali ja elektrolüüdi vahelised vastasmõjud põhjustavad lagunemissaadusi, mis katalüüsivad elektrolüütide lahustite lagunemist. Järelikult ei paranda katoodi materjali pinnakatte kandmine mitte ainult struktuuri stabiilsust, vaid vähendab ka kontakti katoodi ja elektrolüüdi vahel, vähendades seeläbi katoodi katalüütilisest lagunemisaktiivsusest tingitud gaasi teket. Seetõttu on stabiilse, puutumatu kattekihi moodustumine katoodmaterjali osakeste pinnale praeguse arengu peamine suund.
meie kohta
Acey Uus energiaon spetsialiseerunud ESS-is, UAV-s, E-jalgrattas, E-tõukerattas, elektrilistes tööriistades, kahe-/kolmerattalistes mootorsõidukites jne kasutatavate pool-täisautomaatsete/täis{2}}liitiumakukomplektide pool{0}}automaatsete koosteliinide lahendustele liitiumioonaku komplekteerimisliin, saame pakkuda teile professionaalset tehnilist tuge ja juhiseid, võtke meiega julgelt ühendust!
