Lityum-ionli batareyalarning shishishi sabablarini tahlil qilish

Lityum-ionli batareyalar uzoq umr va yuqori quvvatga ega bo'lganligi sababli keng qo'llaniladi. Shu bilan birga, foydalanish vaqtining uzayishi bilan shishish, xavfsizlikning qoniqarsiz ishlashi va tsiklning susayishi muammolari tobora jiddiylashib bormoqda, bu esa lityum batareyalar sanoatida chuqur tahlil va bostirishni keltirib chiqardi. o'qish. Eksperimental tadqiqotlar va ishlab chiqish tajribalariga asoslanib, muallif lityum batareyaning shishishi sabablarini ikki toifaga ajratadi, biri - batareyalar qutb qismi qalinligining o'zgarishi natijasida paydo bo'lgan shish; ikkinchisi - gaz hosil qilish uchun elektrolitning oksidlanishi va parchalanishi natijasida hosil bo'lgan shish. Har xil akkumulyator tizimlarida batareya qalinligining o'zgarishi uchun etakchi omillar turlicha. Masalan, lityum titanat anodli tizim batareyasida shishning asosiy omili havo shishishi hisoblanadi; grafit anod tizimida qutb qismining qalinligi va gaz ishlab chiqarilishi batareyaning shishishiga ta'sir qiladi. Reklama rolini o'ynang.

1. Elektrod qutb bo'lagi qalinligining o'zgarishi

Lityum batareyalardan foydalanish paytida elektrod qutb qismlarining qalinligi ma'lum darajada o'zgaradi, ayniqsa grafit manfiy elektrod. Mavjud ma'lumotlarga ko'ra, lityum batareyalar yuqori haroratni saqlash va aylanishdan keyin shishishga moyil bo'lib, qalinligi o'sish darajasi taxminan 6% dan 20% gacha. Ijobiy elektrodning kengayish tezligi atigi 4% ni tashkil qiladi va salbiy elektrodning kengayish darajasi 20% dan yuqori. Lityum akkumulyator qutbining qalinligi oshishi natijasida shish paydo bo'lishining asosiy sababi grafitning mohiyatidir. Salbiy elektrod grafiti litiy kiritilganda LiCx (LiC24, LiC12 va LiC6 va boshqalar) hosil qiladi va panjara oralig'i o'zgaradi, natijada mikroskopik ichki stress hosil bo'lib, salbiy elektrod Shish hosil qiladi. Quyidagi rasmda grafit manfiy qutb bo'lagini joylashtirish, zaryadlash va tushirish paytida tizimli o'zgarishlarining sxematik diagrammasi keltirilgan.

Grafit manfiy elektrodining kengayishi, asosan, lityum qo'shilgandan keyin qaytarilmas kengayish natijasida yuzaga keladi. Kengayishning bu qismi asosan zarracha kattaligi, yopishtiruvchi va qutb qismining tuzilishi bilan bog'liq. Salbiy elektrodning kengayishi yadroning deformatsiyalanishiga olib keladi, elektrod va diafragma orasidagi bo'shliqni hosil qiladi, salbiy elektrod zarralarida mikro yoriqlar hosil qiladi, qattiq elektrolitlar interfeysi (SEI) membranasini sindirib qayta tashkil qiladi, elektrolitni iste'mol qiladi va yomonlashadi. tsiklning ishlashi. Salbiy qutb bo'lagi qalinligiga ta'sir qiluvchi ko'plab omillar mavjud. Yopishqoqning xususiyatlari va qutb qismining tuzilish parametrlari ikkitasi eng muhimi.

Grafit manfiy elektrodlari uchun tez-tez ishlatiladigan yopishtiruvchi SBR hisoblanadi. Turli xil yopishtiruvchi moddalar turli xil elastik modulga va mexanik kuchga ega va qutb bo'lagi qalinligiga har xil ta'sir ko'rsatadi. Qutb parchasi bilan qoplanganidan keyin siljish kuchi batareyani ishlatishda salbiy qutb bo'lagi qalinligiga ham ta'sir qiladi. Xuddi shu stress ostida, yopishqoqning elastik moduli qanchalik katta bo'lsa, tirgak qismining jismoniy joylashuvidan tiklanishi shunchalik kichik bo'ladi; zaryad olayotganda grafit panjarasi Li + qo'shilishi tufayli kengayadi; Shu bilan birga, salbiy elektrod zarralari va SBR ning deformatsiyasi tufayli ichki stress to'liq bo'shatiladi, salbiy elektrodning kengayish tezligi keskin ko'tariladi, SBR plastik deformatsiya bosqichida. Kengayish tezligining bu qismi SBR ning elastik moduli va uzilish kuchi bilan bog'liq bo'lib, natijada SBR ning elastik moduli va sinish kuchi qanchalik katta bo'lsa, qaytarilmas kengayish shunchalik kichik bo'ladi.

Qo'shilgan SBR miqdori mos kelmasa, prokat paytida qutb qismiga bosim boshqacha bo'ladi. Turli xil bosimlar qutb bo'lagi tomonidan hosil bo'lgan qoldiq stressda ma'lum bir farqni keltirib chiqaradi. Bosim qanchalik katta bo'lsa, qoldiq stress shunchalik katta bo'ladi, bu esa jismoniy saqlashning kengayishiga, to'liq elektr holatiga va bo'sh elektr holatining kengayish tezligiga olib keladi; SBR tarkibi qancha kam bo'lsa, prokat paytida bosim past bo'ladi, jismoniy saqlashning kengayish darajasi, to'liq elektr holati va dastlabki bosqichda bo'sh elektr holati; salbiy elektrodning kengayishi yadroning deformatsiyasiga olib keladi va salbiy elektrodga ta'sir qiladi Lityum qo'shilish darajasi va Li + ning tarqalish darajasi batareyaning ishlashiga jiddiy ta'sir qiladi.

2. Batareya gazini ishlab chiqarish natijasida paydo bo'lgan qon

Batareya ichida hosil bo'lgan gaz batareyaning shishib ketishining yana bir muhim sababidir. Batareya xona haroratida, yuqori haroratli tsiklda yoki yuqori haroratda saqlanadimi, u har xil darajada shish va gaz hosil bo'lishiga olib keladi. Amaldagi tadqiqot natijalariga ko'ra, hujayraning shishishi mohiyati elektrolitlar parchalanishidan kelib chiqadi. Elektrolitlarning parchalanishining ikkita holati mavjud. Ulardan biri shundaki, elektrolitlar tarkibida namlik va metall aralashmalari kabi iflosliklar mavjud bo'lib, ular elektrolitlar parchalanishiga va gaz hosil bo'lishiga olib keladi. Ikkinchisi - elektrolitning elektrokimyoviy oynasi juda past, bu esa zaryadlash jarayonida parchalanishga olib keladi. EC, DEC va boshqalar kabi erituvchilar elektronlarni olgandan keyin erkin radikallarni hosil qiladi. Erkin radikal reaktsiyalarining bevosita natijasi past qaynoq uglevodorodlar, efirlar, efirlar va CO2 hosil bo'lishidir.

Lityum batareyani yig'gandan so'ng, oldindan shakllantirish jarayonida oz miqdordagi gaz hosil bo'ladi. Ushbu gazlar muqarrar va batareyaning qayta tiklanmaydigan quvvatini yo'qotish manbai hisoblanadi. Birinchi zaryadlash va zaryadsizlantirish jarayonida elektronlar tashqi zanjirdan manfiy elektrodga yetgandan so'ng, ular salbiy elektrod yuzasida elektrolit bilan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasiga kirib, gaz hosil qiladi. Ushbu jarayon davomida SEI grafit manfiy elektrod yuzasida hosil bo'ladi. SEI qalinligi oshgani sayin, elektronlar ichkariga kira olmaydi va elektrolitning doimiy oksidlanishini va parchalanishini inhibe qiladi. SEIni shakllantirish uchun maqolaga qarang: Quruq mahsulotlar|SEI nima? Lityum batareyalarga juda ta'sir qiladi! Batareyani ishlatish paytida ichki gaz ishlab chiqarish asta-sekin o'sib boradi. Buning sababi shundaki, elektrolitlar tarkibidagi aralashmalar yoki batareyada ortiqcha namlik mavjud. Elektrolitdagi aralashmalarni ehtiyotkorlik bilan tozalash kerak. Namlikni etarli darajada nazorat qilmaslik elektrolitning o'zi, batareyaning noto'g'ri qadoqlanishi, namlikning kiritilishi va burchaklarning sinishi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Bunga qo'shimcha ravishda, batareyaning&# 39 haddan tashqari zaryadlanishi, haddan tashqari zaryadlash, suiiste'mol qilish va ichki qisqa tutashuv ham&# 39 batareyasining gaz ishlab chiqarish tezligini tezlashtiradi va batareyaning ishdan chiqishiga olib keladi.

Turli xil tizimlarda batareyaning shishishi darajasi har xil. Grafit anodli tizim akkumulyatorida gazning shishib ketishining asosiy sabablari yuqorida qayd etilgan SEI plyonkasining hosil bo'lishi, hujayradagi haddan tashqari namlik, kimyoviy konversiya jarayoni, qadoqlashning yomonligi va boshqalar, lityum titanat anod tizimida esa batareyaning meteorizmidir. grafitdan ko'proq / NCM batareyasi tizimi ancha jiddiyroq. Elektrolitdagi aralashmalar, namlik va jarayondan tashqari, grafit anodidan farq qiluvchi yana bir sabab shundaki, lityum titanat uning yuzasida elektrolitlar reaktsiyasini inhibe qilish uchun grafit anod tizimining batareyasi singari SEI plyonka hosil qila olmaydi. Zaryadlash va zaryadsizlantirish jarayonida elektrolit har doim Li4Ti5O12 yuzasi bilan bevosita aloqada bo'ladi, natijada Li4Ti5O12 batareyasi gazining paydo bo'lishining asosiy sababi bo'lishi mumkin bo'lgan Li4Ti5O12 materialining yuzasida elektr toki doimiy ravishda kamayadi va parchalanadi. Gazning asosiy tarkibiy qismlari H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 va boshqalar. Lityum titanat faqat elektrolitga botirilganda, faqat CO2 hosil bo'ladi. U NCM materiallari bilan batareyaga aylantirilgandan so'ng, H2, CO2, CO va oz miqdordagi gazli uglevodorodlarni ishlab chiqaradigan gazlar kiradi. Zaryadlash va tushirish paytida H2 hosil bo'ladi va bir vaqtning o'zida ishlab chiqarilgan gazdagi H2 miqdori 50% dan oshadi. Bu H2 va CO gazlari zaryadlash va tushirish jarayonida hosil bo'lishini ko'rsatadi.

LiPF6 elektrolitida quyidagi balansga ega:

PF5 kuchli kislota bo'lib, u osonlikcha karbonatlarning parchalanishini keltirib chiqaradi va PF5 miqdori harorat oshishi bilan ortadi. PF5 CO2, CO va CxHy gazini hosil qilish uchun elektrolitning parchalanishiga yordam beradi. Tegishli tadqiqotlarga ko'ra, H2 hosil bo'lishi elektrolitdagi iz suvidan kelib chiqadi, ammo elektrolitdagi suv miqdori odatda taxminan 20 × 10-6 ni tashkil qiladi, bu H2 chiqishiga juda oz hissa qo'shadi. Shanxay Jiaotong universitetidan Vu Kay o'z tajribasida akkumulyator sifatida grafit / NCM111 dan foydalangan va H2 manbai yuqori kuchlanish ostida karbonatning parchalanishi degan xulosaga kelgan. Hozirgi vaqtda litiy titanat batareyalarining meteorizmini inhibe qilish uchun asosan uchta echim mavjud. Birinchidan, LTO anodli materiallarni qayta ishlash va o'zgartirish, shu jumladan takomillashtirilgan tayyorlash usullari va sirtni o'zgartirish va hk.; ikkinchidan, LTO anodlariga mos keladigan elektrolitlar, shu jumladan qo'shimchalar, Solvent tizimining rivojlanishi; uchinchidan, batareyalar texnologiyasini takomillashtirish.