Lityum iyon pillerin şişmesinin nedenlerinin analizi

Lityum iyon piller, uzun ömürleri ve yüksek kapasiteleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, kullanım süresinin uzatılmasıyla, şişme, yetersiz güvenlik performansı ve hızlandırılmış döngü zayıflaması sorunları giderek daha ciddi hale geldi ve bu da lityum pil endüstrisinde derin analizlere ve baskılamaya neden oldu. çalışma. Yazar, deneysel araştırma ve geliştirme deneyimine dayanarak, lityum pilin şişmesinin nedenlerini iki kategoriye ayırır; bunlardan biri, pil kutbu parçasının kalınlığındaki değişikliğin neden olduğu şişliktir; diğeri, elektrolitin gaz üretmek için oksidasyonu ve ayrışmasının neden olduğu şişmedir. Farklı akü sistemlerinde, akü kalınlığının değişmesi için önde gelen faktörler farklıdır. Örneğin, lityum titanat anot sistemi pilinde, şişmenin ana faktörü havanın şişmesidir; Grafit anot sisteminde kutup parçasının kalınlığı ve gaz üretimi pilin şişmesini etkiler. Bir promosyon rolü oynayın.

1. Elektrot kutup parçasının kalınlığında değişiklik

Lityum pillerin kullanımı sırasında elektrot kutup parçalarının kalınlığı, özellikle grafit negatif elektrot bir ölçüde değişecektir. Mevcut verilere göre, lityum piller yüksek sıcaklıkta depolama ve sirkülasyondan sonra şişmeye eğilimlidir ve kalınlık büyüme oranı yaklaşık% 6 ila% 20'dir. Pozitif elektrotun genişleme oranı sadece% 4'tür ve negatif elektrotun genişleme oranı% 20'den fazladır. Lityum pil kutup parçasının artan kalınlığından kaynaklanan şişmenin temel nedeni grafitin özüdür. Negatif elektrot grafit, lityum yerleştirildiğinde LiCx (LiC24, LiC12 ve LiC6, vb.) Oluşturur ve kafes aralığı değişerek mikroskobik iç gerilim oluşumuna neden olarak negatif elektrotun Şişme üretmesine neden olur. Aşağıdaki şekil, yerleştirme, şarj etme ve boşaltma sırasında grafit negatif kutup parçasının yapısal değişikliklerinin şematik bir diyagramıdır.

Grafit negatif elektrotun genişlemesi, esas olarak lityum yerleştirildikten sonra geri dönüşü olmayan genişlemeden kaynaklanır. Genişlemenin bu kısmı esas olarak partikül boyutu, yapışkan ve kutup parçasının yapısı ile ilgilidir. Negatif elektrotun genişlemesi, çekirdeğin deforme olmasına, elektrot ve diyafram arasında bir boşluk oluşturmasına, negatif elektrot parçacıklarında mikro çatlaklar oluşturmasına, katı elektrolit arayüz (SEI) membranını kırıp yeniden düzenlemesine, elektroliti tüketmesine ve bozulmasına neden olur. döngü performansı. Negatif kutup parçasının kalınlığını etkileyen birçok faktör vardır. Yapıştırıcının özellikleri ve direk parçasının yapı parametreleri en önemli ikisidir.

Grafit negatif elektrotlar için yaygın olarak kullanılan yapıştırıcı SBR'dir. Farklı yapıştırıcıların farklı elastik modülü ve mekanik dayanımı vardır ve kutup parçasının kalınlığı üzerinde farklı etkileri vardır. Kutup parçası kaplandıktan sonra yuvarlanma kuvveti, pil kullanımında negatif kutup parçasının kalınlığını da etkiler. Aynı gerilim altında, yapışkanın elastik modülü ne kadar büyükse, kutup parçasının fiziksel yerleştirmeden geri tepmesi o kadar az olur; şarj sırasında, grafit kafes Li + eklenmesinden dolayı genişler; aynı zamanda, negatif elektrot partiküllerinin ve SBR'nin deformasyonu nedeniyle, iç gerilim tamamen serbest bırakılır, negatif elektrot genleşme oranının keskin bir şekilde yükselmesini sağlar, SBR plastik deformasyon aşamasındadır. Genleşme oranının bu kısmı, SBR'nin elastik modülü ve kopma mukavemeti ile ilgilidir, bu da SBR'nin elastik modülü ve kopma mukavemeti ne kadar büyük olursa, geri dönüşü olmayan genişleme o kadar küçük olur.

Eklenen SBR miktarı tutarsız olduğunda, haddeleme sırasında direk parçası üzerindeki basınç farklı olacaktır. Farklı basınçlar, kutup parçası tarafından üretilen artık gerilmede belirli bir farka neden olur. Basınç ne kadar büyükse artık gerilim de o kadar büyük olur, bu da fiziksel depolama genişlemesine, tam elektrik durumuna ve boş elektrik durumunun genişleme oranına yol açar; SBR içeriği ne kadar azsa, haddeleme sırasındaki basınç o kadar düşük, fiziksel depolamanın genişleme oranı o kadar küçük, tam elektrik durumu ve erken aşamadaki boş elektrik durumu; Negatif elektrotun genişlemesi, çekirdeğin deforme olmasına ve negatif elektrodu etkilemesine neden olur. Lityum yerleştirme derecesi ve Li + difüzyon hızı, pil döngüsü performansı üzerinde ciddi bir etkiye sahiptir.

2. Pil gazı üretiminden kaynaklanan şişkinlik

Pilin içinde oluşan gaz, pilin şişmesinin bir başka önemli nedenidir. Pil ister oda sıcaklığında, ister yüksek sıcaklık döngüsünde veya yüksek sıcaklıkta saklansın, farklı derecelerde şişme ve gaz üretimi üretecektir. Mevcut araştırma sonuçlarına göre, hücre şişkinliğinin özü elektrolitin ayrışmasından kaynaklanmaktadır. İki elektrolit ayrışma durumu vardır. Birincisi, elektrolitte, elektrolitin ayrışmasına ve gaz üretmesine neden olan nem ve metal safsızlıkları gibi safsızlıklar olmasıdır. Diğeri, elektrolitin elektrokimyasal penceresinin çok düşük olması ve bu da şarj işlemi sırasında ayrışmaya neden olmasıdır. EC, DEC vb. Çözücüler elektron aldıktan sonra serbest radikaller oluşturacaktır. Serbest radikal reaksiyonlarının doğrudan sonucu, düşük kaynama noktalı hidrokarbonların, esterlerin, eterlerin ve CO2'nin üretilmesidir.

Lityum pil monte edildikten sonra, ön şekillendirme işlemi sırasında az miktarda gaz üretilecektir. Bu gazlar kaçınılmazdır ve aynı zamanda pilin sözde geri dönüşü olmayan kapasite kaybının kaynağıdır. İlk şarj ve deşarj işlemi sırasında, elektronlar harici devreden negatif elektroda ulaştıktan sonra, gaz üretmek için negatif elektrot yüzeyindeki elektrolit ile bir oksidasyon-indirgeme reaksiyonuna gireceklerdir. Bu işlem sırasında, grafit negatif elektrotun yüzeyinde SEI oluşur. SEI'nin kalınlığı arttıkça, elektronlar elektrolitin sürekli oksidasyonunu ve ayrışmasını engelleyemez ve engelleyemez. SEI oluşumu için şu makaleye bakın: Kuru Gıdalar|SEI nedir? Lityum piller üzerinde çok fazla etki! Pil kullanımı sırasında iç gaz üretimi giderek artacaktır. Bunun nedeni, elektrolitte safsızlıklar veya bataryada aşırı nem olmasıdır. Elektrolit içindeki safsızlıkların dikkatlice çıkarılması gerekir. Yetersiz nem kontrolü elektrolitin kendisinden, uygun olmayan pil paketinden, nem girişinden ve köşelerin kırılmasından kaynaklanabilir. Ek olarak,&# 39 pilinin aşırı şarjı, aşırı deşarjı, kötüye kullanılması ve dahili kısa devre de pilin arızalanmasına neden olan&# 39 pilinin gaz üretim Hızını hızlandıracaktır.

Farklı sistemlerde, pilin şişme derecesi farklıdır. Grafit anot sistemi pilinde, gaz şişmesinin ana nedenleri, yukarıda belirtilen SEI film oluşumu, hücrede aşırı nem, anormal kimyasal dönüşüm süreci, zayıf paketleme vb., Lityum titanat anot sisteminde ise pilin şişkinliğidir. grafitten fazlası / NCM akü sistemi çok daha ciddidir. Elektrolit içindeki safsızlıklar, nem ve işleme ek olarak, grafit anottan farklı bir başka neden, lityum titanatın, elektrolitin reaksiyonunu engellemek için bir grafit anot sistemi pili gibi yüzeyinde bir SEI filmi oluşturamamasıdır. Şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında, elektrolit Li4Ti5O12'nin yüzeyiyle her zaman doğrudan temas halindedir ve Li4Ti5O12 pilin şişkinliğinin temel nedeni olabilecek Li4Ti5O12 malzemesinin yüzeyinde elektriğin sürekli olarak azalmasına ve ayrışmasına neden olur. Gazın ana bileşenleri H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 ve benzerleridir. Lityum titanat tek başına elektrolite daldırıldığında, yalnızca CO2 üretilir. NCM malzemeleriyle aküye dönüştürüldükten sonra üretilen gazlar arasında H2, CO2, CO ve az miktarda gaz halindeki hidrokarbonlar bulunur. Şarj etme ve boşaltma sırasında H2 üretilir ve aynı anda üretilen gazdaki H2 içeriği% 50'yi geçer. Bu, şarj ve deşarj işlemi sırasında H2 ve CO gazının oluşacağını gösterir.

LiPF6, elektrolitte aşağıdaki dengeye sahiptir:

PF5, karbonatların kolayca ayrışmasına neden olan güçlü bir asittir ve sıcaklık arttıkça PF5 miktarı artar. PF5, elektrolitin CO2, CO ve CxHy gazı üretmek için ayrışmasına yardımcı olur. İlgili araştırmalara göre, H2 oluşumu elektrolitteki eser sudan gelir, ancak elektrolitteki su içeriği genellikle yaklaşık 20 × 10-6'dır ve bu da H2 çıkışına çok az katkıda bulunur. Shanghai Jiaotong Üniversitesi'nden Wu Kai, deneyinde pil olarak grafit / NCM111 kullandı ve H2 kaynağının yüksek voltaj altında karbonatın ayrışması olduğu sonucuna vardı. Şu anda, lityum titanat pillerin şişkinliğini önlemek için başlıca üç çözüm var. İlk olarak, LTO anot malzemelerinin işlenmesi ve modifikasyonu, iyileştirilmiş hazırlama yöntemleri ve yüzey modifikasyonu vb. Dahil; ikincisi, katkı maddeleri, Çözücü sistemi dahil olmak üzere LTO anotlarıyla eşleşen elektrolitlerin geliştirilmesi; üçüncü olarak, pil teknolojisini iyileştirin.