Зашто ћелије врећице набубре?

Постоји много разлога због којих литијум-јонске батерије-типа{1}} набубре. На основу искуства експерименталног истраживања и развоја, узроци отока се могу категорисати у три типа: прво, повећање дебљине узроковано ширењем листова електроде батерије током циклуса; друго, оток изазван стварањем гаса који је резултат оксидативног распадања електролита; и треће, отицање узроковано грешкама у производњи, као што је продирање влаге због лошег заптивања или оштећења на угловима ћелије.

Доминантни фактори који доводе до промена у дебљини батерије варирају у зависности од хемије батерије. На пример, у батеријама које користе литијум-титанат (ЛТО) аноде, стварање гаса је примарни узрок отицања; насупрот томе, за батерије са графитним анодама, и ширење електроде и стварање гаса доприносе бубрењу.

Дискусија о факторима и механизмима који утичу на експанзију графитне аноде

Повећање дебљине ћелије током пуњења литијум{0}}јонских батерија првенствено се приписује експанзији аноде; брзина експанзије катоде је само 2–4%. Аноде се обично састоје од графита, везива и проводног угљеника, при чему сам графитни материјал показује стопу експанзије од приближно 10%. Кључни фактори који утичу на брзину експанзије графитних анода укључују формирање филма СЕИ (Солид Елецтролите Интерпхасе), стање напуњености (СОЦ), процесне параметре и друге варијабле.

(1) Формирање СЕИ филма
Током почетног циклуса пуњења{0}}пражњења литијум-јонске батерије, долази до реакције редукције између електролита и честица графита на интерфејсу чврсте-течности, формирајући пасивациони слој (СЕИ филм) преко материјала електроде. Формирање СЕИ филма доводи до значајног повећања дебљине аноде, доприносећи укупном повећању дебљине ћелије од приближно 4%. Током дуготрајног-циклирања, физичка структура и специфична површина графита утичу на динамички процес који укључује растварање постојећег СЕИ и формирање новог СЕИ; на пример, графит у листићима показује већу брзину експанзије од сферног графита.

(2) Држава задужења (СОЦ)
Током циклуса, експанзија запремине графитне аноде показује јаку периодичну функционалну везу са СОЦ ћелије. Конкретно, запремина се постепено шири како се литијум јони интеркалирају у графит (повећавају СОЦ ћелије); обрнуто, када се литијум јони де-уметну из графитне аноде, СОЦ ћелије се смањује, а запремина графитне аноде се смањује у складу са тим.

(3) Параметри процеса
Што се тиче параметара процеса, густина сабијања значајно утиче на графитну аноду. Током хладног пресовања електродног лима, унутар слоја графитне аноде настаје значајан притисак на притисак; овај стрес је тешко у потпуности ослободити током наредних корака као што је печење-при високим температурама. Током циклуса пуњења{3}}пражњења, комбиновани ефекти интеркалације литијум{4}јона/де-интеркалације и електролита-индукованог бубрења везива изазивају ослобађање напрезања унутар премаза, што доводи до повећаног ширења. Штавише, густина сабијања одређује запремину шупљина унутар анодног премаза. Велика запремина празнине може ефикасно да прихвати ширење електродног листа.

Супротно томе, ако је запремина празнине мала, нема довољно простора да се апсорбује експанзија; сходно томе, експанзија је присиљена ка споља, манифестујући се као повећање укупне запремине анодног лима.

(4) Други фактори
Други фактори који утичу на експанзију аноде укључују снагу адхезије везива (посебно међуфазну адхезију између везива, честица графита, проводљивог угљеника и колектора струје), стопе пражњења{0}}, понашање везива у бубрењу у електролиту, облик и густину паковања, повећање запремине графитног дела услед деградације електролита и деградације дела. бициклизам.

Ацеи Нев Енерги је специјализован за истраживање и производњу врхунске{0}опреме за литијум{1}јонске батерије. Можемо да обезбедимо-решење на једном месту за лабораторијске-размерелинија за производњу батеријаза цилиндричну батерију, ћелију за новчиће, ћелију у врећици

Генерисање гаса у батерији је још један главни узрок отока.

Батерије доживљавају различите степене стварања гаса и бубрења током циклуса на собној или високим температурама, као и током складиштења на високим{0}}температурама.

Током почетног циклуса пуњења{0}}пражњења, на површини електроде се формира филм међуфазе чврстог електролита (СЕИ). Формирање СЕИ (Солид Елецтролите Интерпхасе) слоја на аноди првенствено је резултат редуктивног разлагања ЕЦ (етилен карбоната); стварање алкил литијума и Ли2ЦО3 је праћено производњом значајних количина ЦО и Ц2Х4. Растварачи као што су ДМЦ (диметил карбонат) и ЕМЦ (етил метил карбонат) такође доприносе формирању филма, стварајући РЛиЦО3 и РОЛи заједно са гасовима као што су ЦХ4, Ц2Х6, Ц3Х8 и ЦО. У електролитима на бази ПЦ (пропилен карбоната)-, производња гаса је првенствено због смањења производње Ц3 до релативно веће производње гаса8. За ћелије ЛиФеПО4 врећице, отицање гаса је најтеже након завршетка почетног циклуса пуњења од 0,1 Ц.

Очигледно је да је формирање СЕИ неизбежно праћено стварањем значајних количина гаса. Присуство нечистоћа Х2О дестабилизује П-Ф везе у ЛиПФ6, што доводи до стварања ХФ; ово дестабилизује систем батерија и ствара гас. Прекомерна Х2О троши Ли+ јоне, производећи ЛиОХ, ЛиО2 и Х2, што такође доводи до еволуције гаса. Генерисање гаса се такође дешава током складиштења и продуженог циклуса пуњења{10}}пражњења; у затвореним литијум{11}}онским батеријама, значајно накупљање гаса изазива отицање, што смањује перформансе батерије и скраћује њен радни век. Основни разлози за стварање гаса током складиштења су следећи:

(1) Х2О присутна у систему батерија доводи до формирања ХФ-а, што оштећује СЕИ слој. Кисеоник (О2) у систему може оксидирати електролит, што доводи до стварања великих количина ЦО2;
(2) Ако је СЕИ слој формиран током иницијалне активације (формације) нестабилан, може се деградирати током складиштења; накнадна поправка СЕИ слоја ослобађа гасове који се првенствено састоје од угљоводоника. Током дуготрајног циклуса-наелектрисања-пражњења, промене у кристалној структури материјала катоде и не-неједнака расподела потенцијала по површини електроде могу изазвати локализоване високе потенцијале. Ово смањује стабилност електролита на интерфејсу електроде; континуирано задебљање површинског филма повећава међуфазни отпор, додатно подижући реакциони потенцијал. Ово покреће разградњу електролита и стварање гаса, док сам материјал катоде такође може да отпусти гас.

Батерије показују различите степене бубрења у зависности од њиховог хемијског система. У батеријама које користе графитне аноде, примарни узроци стварања гаса и бубрења су-као што је раније поменуто-формирање СЕИ слоја, прекомерни садржај влаге унутар ћелије, аномалије у процесу формирања и лоше заптивање. Насупрот томе, у оквиру анодног система литијум титаната (ЛТО), индустрија генерално приписује стварање гаса у Ли4Ти5О12 батеријама инхерентној тенденцији материјала да апсорбује влагу, иако нема дефинитивних доказа који би потврдили ову хипотезу.

1. Лоше заптивање:Учесталост отечених ћелија узрокованих дефектима заптивања значајно се смањила. Дефекти се могу појавити на било којој страни заптивања, при чему су горње заптивање и заптивке за отплињавање најчешћа проблематична подручја; Проблеми са горњим заптивачем обично укључују подручје језичака, док проблеми са отплињавањем често укључују деламинацију. Лоше заптивање дозвољава атмосферској влази да уђе у ћелију, изазивајући разградњу електролита и стварање гаса.

2. Оштећење површине врећице:Током протока производне линије, кесица може да претрпи случајна или људска{0}}оштећења (као што су рупице), омогућавајући влази да продре у унутрашњост ћелије.

3. Оштећење угла:Због специфичне деформације алуминијумског слоја на савијеним угловима, померање гасне вреће може изврнути угао, оштетити алуминијум (веће ћелије са већим врећама за гас су склоније томе) и угрозити баријеру влаге. Примена креп траке или лепка за топљење{1}}на угловима може помоћи да се ублажи овај ризик. Штавише, забрањено је руковање ћелијама кесом за гас након горњег заптивања; посебна пажња се мора посветити током рада како би се спречило да се ћелије љуљају док су на старим полицама.

4. Прекомерни садржај унутрашње влаге:Ако нивои влаге прелазе границе, електролит се разграђује, што доводи до стварања гаса након формирања или дегазације. Примарни узроци прекомерне унутрашње влаге укључују: висок садржај влаге у електролиту, висок садржај влаге у голој ћелији након печења и прекомерну влажност у сувој просторији. Ако се сумња да је прекомерна влага узрок бубрења, може се извршити провера следљивости процеса.

5. Аномалије процеса формирања:Неправилни поступци формирања могу довести до отицања ћелија.

6. Нестабилан СЕИ слој:До благог отока може доћи током циклуса пуњења{0}}пражњења и тестирања капацитета. 7. Препуњења/прекомерног-пражњења: Због неисправности процеса, опреме или заштитне плоче (ПЦБ), ћелија батерије је подвргнута прекомерном пуњењу или прекомерном пражњењу, што доводи до озбиљног бубрења (генерисање гаса).

8. Кратак спој:Оперативне грешке које узрокују контакт између језичака живих ћелија доводе до кратког споја; ћелија набубри, напон брзо опада, а језичци постају угљенисани црни.

9. Унутрашњи кратки спој:Кратки спој између аноде и катоде унутар ћелије изазива брзо пражњење и стварање топлоте, праћено јаким отоком. Узроци укључују недостатке у дизајну; скупљање, увијање или оштећење сепаратора; неусклађеност би-ћелија; неравнине које пробијају сепаратор; прекомерни притисак на фиксирање; или прекомерне-компресије помоћу машине за{3}}заваривање. На пример, недовољна ширина у комбинацији са прекомерном компресијом тела ћелије од стране машине за топлотно{5}}заваривање је раније изазвала краткотрајно краћење и отицање анодне-катоде.

10. Корозија:Корозија ћелије троши алуминијумски слој, уништавајући његову функцију баријере за влагу и доводи до бубрења.

11. Абнормална вакуумска дегазација:Проблеми са системом или опремом доводе до неправилних нивоа вакуума или непотпуног отпуштања гаса. На пример, ако је зона топлотног зрачења током вакуумског заптивања превелика, алат за пирсинг за отпуштање гаса можда неће успети да ефикасно пробије врећицу, што резултира непотпуним извлачењем гаса.

Сузбијање ненормалног стварања гаса захтева решавање и дизајна материјала и производних процеса.

прво,системи материјала и електролита морају бити оптимизовани да би се обезбедило формирање густог, стабилног филма међуфазе чврстог електролита (СЕИ), побољшала стабилност катодног материјала и спречила ненормално стварање гаса.

Што се тиче третмана електролита, мале количине адитива за формирање филма-често се користе да би СЕИ филм учинио уједначенијим и густим. Ово смањује стварање гаса узроковано одвајањем СЕИ филма и регенерацијом током употребе батерије, чиме се ублажава оток; такве методе су документоване у истраживањима и примењене у пракси.

Истраживања показују да се компоненте СЕИ филма формиране од ЕЦ (етилен карбонат) и ВЦ (винилен карбонат) састоје од линеарних литијум алкил карбоната. На високим температурама, литијум алкил карбонати везани за литирани угљеник (ЛиЦ) су нестабилни и распадају се стварајући гасове (као што је ЦО2), што доводи до бубрења батерије. СЕИ филм формиран од ПС састоји се од литијум алкил сулфоната; иако филм садржи дефекте, он поседује одређену дводимензионалну структуру и остаје релативно стабилан на површини ЛиЦ чак и на високим температурама. Када се ПС и ВЦ користе у комбинацији, ПС формира дефектну дводимензионалну структуру-на површини аноде при нижим напонима; како напон расте, ВЦ формира линеарно-структурирани литијум алкил карбонат који испуњава недостатке у дводимензионалној структури-, што резултира стабилним, мрежно-структурираним СЕИ филмом на ЛиЦ. Овај тип структуре СЕИ филма значајно побољшава стабилност и ефикасно потискује стварање гаса узроковано разградњом филма.

Штавише,интеракције између катодног материјала литијум кобалт оксида и електролита доводе до продуката распадања који катализују распад растварача електролита. Сходно томе, наношење површинског премаза на материјал катоде не само да побољшава структурну стабилност већ и минимизира контакт између катоде и електролита, чиме се смањује стварање гаса изазвано активношћу каталитичког разлагања катоде. Стога, формирање стабилног, нетакнутог слоја превлаке на површини честица катодног материјала представља главни правац тренутног развоја.

Ацеи Нова енергијаспецијализована је за пружање-решења на једном месту за полу-аутоматске/потпуно-аутоматске линије за склапање литијумских батерија које се користе у ЕСС, УАВ, Е-бициклима, Е-скутерима, електричним алатима, дво/три точковима, итд. линија за производњу батерија или литијум јоналинија за склапање пакета батерија, можемо вам пружити професионалну техничку подршку и упутства, слободно нас контактирајте!

Контактирајте сада