A nedvességtartalom hatása az akkumulátor teljesítményére

Számos olyan tényező befolyásolja a lítium akkumulátorok teljesítményét, mint az anyag típusa, a pozitív és negatív elektródák tömörítési sűrűsége, nedvesség, a bevonat felületi sűrűsége és az elektrolit mennyisége. Közülük a nedvesség létfontosságú hatással van a lítium-ion akkumulátorok teljesítményére. A nedvesség kulcsfontosságú tényező, amelyet szigorúan ellenőrizni kell a lítium-ion akkumulátorok gyártási folyamata során. A túlzott nedvesség nemcsak a lítiumsók bomlását okozhatja az elektrolitban, és károsíthatja a pozitív és negatív anyagokat. Az áramkollektornak bizonyos korrozív és romboló hatása van, és a ciklus teljesítményének és a biztonsági teljesítményének csökkenéséhez is vezet. az akkumulátor. A nyomokban lévő nedvességnek azonban fontos jelentősége van. Az alábbiakban bemutatjuk a nedvesség hatását a lítium elemek teljesítményére.

1. A túlzott nedvesség hátrányai

A háromkomponensű / grafit rendszer akkumulátorának gyártási folyamatában a pozitív elektróda szuszpenzió előállításához általában olaj alapú diszperziós rendszert használnak, kötőanyagként PVDF-et és oldószerként NMP-t használva. Amikor a PVDF túlzott nedvességgel találkozik, kocsonyás anyagot képez, ami gyenge folyékonyságot és az iszap szintezését eredményezi, ami nem kedvez a hígtrágya bevonatának. Ezért a hígtrágya előkészítésekor figyelmet kell fordítani az alapanyagok nedvességtartalmára, a munkakörnyezetre és a nedvesség bejuttatására a személyzet működése során.

Amellett, hogy a túlzott nedvesség óriási hatást gyakorol a lítium akkumulátor-szuszpenzió előkészítésére, az elektrolit bomlását okozza. A válasz a következő:

A fluorsav különösen maró sav, amely súlyos károkat okozhat a pozitív és negatív elektród anyagokban, valamint a lítium akkumulátorok áramgyűjtőiben, és végül akkumulátor biztonsági problémákhoz vezethet.

2. A nyomvíz jelentése

Azonban nem arról van szó, hogy a kevesebb víz jobb a lítiumelemekben. Mint mindannyian tudjuk, a szilárd elektrolit interfész (közismertebb nevén SEI membrán) egy szelektíven áteresztő membrán, amely lehetővé teszi Li + szabad átengedését, de az elektrolit molekulák nem tudnak átjutni rajta. Az elektrolit és nyomelemek összetétele jelentős hatással van a SEI filmképződés lehetőségeire, a tömörség mértékére, az akkumulátor visszafordíthatatlan kapacitásvesztésére és az akkumulátor belső ellenállására. A víz, mint nyom az elektrolitban, bizonyos hatással van a SEI-film kialakulására és a lítium-ion akkumulátorok akkumulátor-teljesítményére.

Harmadszor: a nedvesség hatása a lítium elemek teljesítményére

Különböző anyagrendszerekben a nedvességtartalom nagy hatással van az akkumulátor teljesítményére. Az azonban változatlan, hogy a nedvesség befolyásolja a lítium akkumulátorok első töltési és kisütési kapacitását, a belső ellenállást, az akkumulátor ciklusának élettartamát és az akkumulátor mennyiségét. Vegyük példaként a lítium-kobalt-oxid / grafit rendszer akkumulátorát.

1. Az első töltési és kisütési kapacitás hatása

A nedvesség összefügg a SEI képződésével a lítiumelemekben, és ez elkerülhetetlenül befolyásolja a lítiumelemek első visszafordíthatatlan kapacitásvesztését. Az 1. ábra szerint:

1. ábra A nedvességtartalom hatása az akkumulátor töltöttségére és kisütési kapacitására

Ha az akkumulátor nedvességtartalma kevesebb, mint 0,015%, az akkumulátor első kisütési kapacitása megfelel az országos szabványnak, és a változás kicsi; amikor az akkumulátor nedvességtartalma a 0,015% és 0,04% közötti tartományba esik, az akkumulátor első kisütési kapacitása csökken, amikor az akkumulátor nedvessége növekszik. Ha az akkumulátor nedvességtartalma kevesebb, mint 0,015%, a következő reakciók dominálnak.

Az egyelektronos redukciós eljárás során keletkező lítium-alkil-karbonát reagálhat az elektrolitban lévő nyomvízzel is, így lítium-karbonát keletkezik.

2ROCO2 Li {{2}} H2O → Li2CO3 +CO2 +2ROH

Amikor CO2 keletkezik, új potenciális kémiai reakció lép fel a negatív elektród felületén:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Látható, hogy megfelelő mennyiségű víz segít stabil, egyenletes és sűrű SEI-film kialakításában, amelyet Li2CO3 ural. Amikor a SEI-film teljesen lefedi a negatív elektródot, az irreverzibilis reakció azonnal leáll.

Amikor a nedvességtartalom 0,0150% és 0,04% között van, nő a lítiumionok fogyasztása, és csökken az akkumulátor töltési és kisütési kapacitása, ami negatív hatással van rá.

2. Az akkumulátor belső ellenállására gyakorolt ​​hatás

Az akkumulátor belső ellenállása az akkumulátor egyik legfontosabb jellemző paramétere. Ez egy fontos paraméter, amely jellemzi az akkumulátor ciklusának élettartamát és üzemállapotát, valamint az ionok és elektronok akkumulátorban történő szállításának nehézségeit jelző fő mutató. A belső ellenállást elsősorban olyan tényezők befolyásolják, mint az akkumulátor anyagai, a gyártási folyamatok és az akkumulátor szerkezete. Minél kisebb a belső ellenállás, annál kisebb a feszültség, amikor az akkumulátor lemerül, és annál több energiát tud kibocsátani. A hosszú ideig tárolt elemek esetében a belső ellenállás a tárolási idő növekedésével növekszik, és az akkumulátor teljesítménye nagymértékben befolyásolja, ha a belső ellenállás meghalad egy bizonyos értéket. Mivel a nedvességtartalom befolyásolja a lítium akkumulátor SEI filmjének minőségét, a bevezetés befolyásolja az akkumulátor belső ellenállását.

Az EC / DMC / EMC elektrolit oldószer rendszerben nyomnyi mennyiségű víz képezhet Li2CO3 alapú, stabil, egyenletes és sűrű SEI filmet, alacsony belső ellenállással. Ha a nedvességtartalom meghaladja az SE I film kialakításához szükséges rendszer tartalmát, a POF3 és az LiF kicsapódik az SEI film felületén, ami az akkumulátor belső ellenállásának növekedését eredményezi. a 2. képen látható módon:

2. ábra A nedvességtartalom hatása az akkumulátor belső ellenállására

3. Az akkumulátor kapacitásának romlására gyakorolt ​​hatás

A nedvességtartalom befolyásolja az akkumulátor SEI film tulajdonságait, például az egységességet és a tömörséget. Ha az SE I film egyenletes és sűrű, az elektrolit oldószert nem könnyű beágyazni a negatív elektródba, elfoglalva a Li + behelyezési üresedést, így a kapacitásromlás kevés. Éppen ellenkezőleg, ha a SEI fólia része nem sűrű vagy egyenletes, akkor a Li + beillesztési helyeket viszonylag könnyű elfoglalni az elektrolit oldószerben. Az Li2CO3 a legfontosabb komponens az egységes és sűrű SEI-film kialakításához. Az EC / DMC / EMC elektrolit oldószer rendszerben megfelelő mennyiségű víz elősegítheti az SE2 film képződését Li2CO3 alapján. Ha a nedvességtartalom elegendő vagy túlzott, akkor a SEI képződött. Minél sűrűbb és egyenletesebb a film, annál kisebb az esélye annak, hogy az oldószer beágyazódik a szénanódba. Ez az oka annak, hogy az akkumulátor kapacitáscsökkenése fokozatosan csökken a nedvességtartalom növekedésével, amikor a nedvességtartalom 0,015% és 0,04% között van. Ha a nedvességtartalom kevesebb, mint 0,015%, akkor a negatív elektróda felületén sűrűbb SEI-film képződik, hogy az oldószer egyensúlyba kerüljön. Ezért az akkumulátor kapacitásának csökkenése viszonylag stabil állapotban van.

3. ábra A nedvességtartalom hatása az akkumulátor kapacitásának bomlási sebességére

4. Az akkumulátor vastagságára gyakorolt ​​hatás

4. ábra A nedvességtartalom hatása az akkumulátor vastagságára

Az ábrán látható, hogy a nedvességtartalom növekedésével az akkumulátor vastagsága is növekszik. Amikor a nedvességtartalom a SEI-film képződése során keletkező CO2, CO és egyéb gázok miatt következik be. És amikor a víz túlzott, a felesleges víz továbbra is reagál az LiPF6-tal HF-gáz előállítására. Az akkumulátor belső gáztermelése összefügg az akkumulátor biztonságával. Az akkumulátorban fellépő komoly gázképződési problémák elkerülése érdekében az akkumulátor belsejében lévő vizet szigorúan ellenőrizni kell.

referenciák:

[1] Do ron Aurbach, Yair E in-El.i JE lectrochem Soc [J], 1995, 142 (6): 1746

[2] HUANG Feng (黄 峰), ZHOU Yun-Hong (周运鸿). Hónaponta B elem (akkumulátor) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan és mtsai. Az elektróda nedvességének hatása a lítium-ion akkumulátorok teljesítményére ［J. Akkumulátor-ipar, 2013, 18 (1/2): 44–46.