Greining á orsökum bólgu á litíum-rafhlöðum

Lithium-ion rafhlöður eru mikið notaðar vegna langrar líftíma þeirra og mikillar getu. Hins vegar, með lengingu á notkunartíma, hafa vandamálin við bólgu, ófullnægjandi öryggisafköst og flýtt hringrásarlækkun orðið sífellt alvarlegri, sem hefur valdið djúpri greiningu og bælingu í iðnaði litíumrafhlöðu. rannsóknina. Byggt á tilraunakenndri rannsóknar- og þróunarreynslu skiptir höfundur orsökum bólgu í litíum rafhlöðum í tvo flokka, einn er bólga sem stafar af breytingu á þykkt rafhlöðustaurstykkisins; hitt er bólga af völdum oxunar og niðurbrots raflausnar til að framleiða gas. Í mismunandi rafhlöðukerfum eru helstu þættir breytinga á þykkt rafhlöðunnar mismunandi. Til dæmis, í litíum títanat rafskaut rafhlöðu, er meginþáttur bólgu loftbólga; í grafítskautakerfinu hefur þykkt staurstykkisins og gasframleiðsla áhrif á bólgu rafhlöðunnar. Spilaðu kynningarhlutverk.

1. Breyting á þykkt rafskautsstykkis

Við notkun litíumrafhlöðu mun þykkt rafskautsstykkanna breytast að vissu marki, sérstaklega grafít neikvæða rafskautið. Samkvæmt fyrirliggjandi gögnum eru litíum rafhlöður tilhneigingu til bólgu eftir háhitageymslu og hringrás og þykktarhraði er um 6% til 20%. Stækkunarhraði jákvæða rafskautsins er aðeins 4% og stækkunarhlutfall neikvæða rafskautsins er meira en 20%. Grundvallarástæðan fyrir bólgunni sem stafar af aukinni þykkt litíum rafhlöðustaurstykkisins er kjarninn í grafítinu. Neikvæða rafskautsgrafítið myndar LiCx (LiC24, LiC12 og LiC6 o.s.frv.) Þegar litíum er stungið í og ​​grindarbilið breytist og leiðir til myndunar smásjáar innra álags sem veldur því að neikvæða rafskautið framleiðir bólgu. Myndin hér að neðan er skýringarmynd af skipulagsbreytingum grafít neikvæða stöngarinnar við staðsetningu, hleðslu og losun.

Stækkun grafít neikvæðs rafskauts stafar aðallega af óafturkræfri stækkun eftir litíum innsetningu. Þessi hluti stækkunarinnar tengist aðallega kornastærð, lím og uppbyggingu staurstykkisins. Stækkun neikvæða rafskautsins veldur því að kjarinn afmyndast, myndar hola á milli rafskautsins og þindarinnar, myndar örsprungur í neikvæðu rafskautinu, brýtur og endurskipuleggur fasta raflausnarviðmótið (SEI) himnuna, eyðir raflausninni og versnar hringrásarafköstin. Það eru margir þættir sem hafa áhrif á þykkt neikvæða pólstykkisins. Eiginleikar límsins og uppbyggingarbreytur stöngstykkisins eru tveir mikilvægustu.

Algengt lím fyrir grafít neikvæðar rafskaut er SBR. Mismunandi lím hafa mismunandi teygjuþátt og vélrænan styrk og hafa mismunandi áhrif á þykkt staurstykkisins. Veltikraftur eftir að stöngstykkið er húðað hefur einnig áhrif á þykkt neikvæða stöngstykkisins við notkun rafhlöðu. Undir sama álagi, því meiri teygjanlegur stuðull límsins, því minni frákast stöngstykkisins frá líkamlegri staðsetningu; meðan á hleðslu stendur stækkar grafítgrindin vegna innsetningar Li +; á sama tíma, vegna aflögunar neikvæðu rafskautanna og SBR, er innra álagið alveg losað, látið neikvæða rafskautstækkunarhraða hækka verulega, SBR er á aflögunarstigi plastsins. Þessi hluti stækkunarhraða er tengdur við teygjustuðul og brotstyrk SBR, sem leiðir til þess að stærri teygjustuðull og brotstyrkur SBR, því minni er óafturkræfur stækkun.

Þegar magn SBR sem bætt er við er ósamræmi, verður þrýstingur á stöngstykkið við veltingu mismunandi. Mismunandi þrýstingur veldur ákveðnum mun á afgangsálagi sem stafar af stönginni. Því meiri sem þrýstingurinn er, því meiri er leifarálagið, sem leiðir til líkamlegrar geymsluþenslu, fulls rafmagns ástands og Stækkunarhraði tóma rafmagns ríkisins eykst; því minna SBR innihald, því lægri þrýstingur við veltingu, því minni stækkunarhraði líkamlegrar geymslu, fullt rafmagnsástand og tómt rafmagnsástand á fyrstu stigum; stækkun neikvæða rafskautsins veldur því að kjarinn afmyndast og hefur áhrif á neikvæða rafskautið. Stig litíum innsetningar og Li + dreifingarhraði hafa alvarleg áhrif á afköst rafhlöðunnar.

2. Uppblásinn af völdum framleiðslu á rafgeymisgasi

Bensín sem myndast innan í rafhlöðunni er önnur mikilvæg orsök bólgu á rafhlöðum. Hvort sem rafhlaðan er geymd við stofuhita, háan hita hringrás eða háan hita, mun það framleiða mismunandi stig bólgu og gasframleiðslu. Samkvæmt núverandi rannsóknarniðurstöðum stafar kjarni uppþembu frumna af niðurbroti raflausnarinnar. Það eru tvö tilfelli af raflausnarsundrun. Ein er sú að það eru óhreinindi í raflausninni, svo sem raka og málm óhreinindi, sem valda því að raflausnið brotnar niður og framleiðir gas. Hitt er að rafefnafræðilegi glugginn á raflausninni er of lágur, sem veldur niðurbroti meðan á hleðslu stendur. Leysiefnin eins og EC, DEC o.fl. mynda sindurefni eftir að hafa fengið rafeindir. Bein afleiðing af viðbrögðum sindurefna er framleiðsla kolvetna, estera, etera og CO2 með lágan sjóð.

Eftir að litíum rafhlaðan er sett saman verður lítið magn af gasi myndað meðan á formgerðinni stendur. Þessar lofttegundir eru óhjákvæmilegar og eru einnig uppspretta svokallaðs óafturkræft afkastagetu rafgeymisins. Í fyrstu hleðslu- og útskriftarferlinu, eftir að rafeindirnar komast að neikvæða rafskautinu frá ytri hringrásinni, munu þær gangast undir oxunar-minnkandi viðbrögð við raflausnina á neikvæða rafskautsflötinu til að mynda gas. Meðan á þessu ferli stendur myndast SEI á yfirborði grafít neikvæðu rafskautsins. Þegar þykkt SEI eykst geta rafeindir ekki komist í gegnum og hindrað stöðuga oxun og niðurbrot raflausnarinnar. Um myndun SEI, sjá grein: Þurrvörur|Hvað er SEI? Svo mikil áhrif á litíum rafhlöður! Við notkun rafhlöðunnar mun innri gasframleiðsla aukast smám saman. Ástæðan er sú að óhreinindi eru í raflausninni eða of mikill raki í rafhlöðunni. Óhreinindi í raflausninni þarf að fjarlægja vandlega. Ófullnægjandi rakastjórnun getur stafað af raflausninni sjálfri, óviðeigandi umbúðum rafhlöðunnar, tilkomu raka og brotnuðu í hornum. Að auki mun ofhleðsla rafgeymisins&# 39, ofhlaða, misnotkun og innri skammhlaup einnig flýta fyrir gasframleiðsluhraða rafhlöðunnar&# 39, sem veldur bilun á rafhlöðunni.

Í mismunandi kerfum er bólga í rafhlöðum mismunandi. Í rafhlöðu rafskautsskautskerfisins eru helstu orsakir bólgu í gasi ofangreind SEI kvikmyndamyndun, of mikill raki í frumunni, óeðlilegt umbreytingarferli efna, léleg umbúðir osfrv., En í litíum títanat rafskautakerfinu er vindgangur rafhlöðunnar er meira en grafít / NCM rafhlöðukerfið er miklu alvarlegra. Til viðbótar við óhreinindi, raka og ferli í raflausninni, er önnur ástæða ólík grafítskautinu sú að litíumtítanat getur ekki myndað SEI filmu á yfirborði sínu eins og rafskaut rafskauts rafkerfis til að hindra viðbrögð raflausnarinnar. Meðan á hleðslu og losun stendur er raflausnin alltaf í beinni snertingu við yfirborð Li4Ti5O12, sem leiðir til stöðugrar minnkunar og niðurbrots rafmagns á yfirborði Li4Ti5O12 efnisins, sem getur verið undirrót Li4Ti5O12 vindgangur rafhlöðunnar. Helstu þættir gassins eru H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 og svo framvegis. Þegar litíum títanat er sökkt í raflausnina eitt og sér er aðeins framleitt CO2. Eftir að það er búið til rafhlöðu með NCM efni innihalda lofttegundirnar H2, CO2, CO og lítið magn af loftkenndum kolvetnum. Við hleðslu og losun er H2 framleitt og innihald H2 í gasinu sem framleitt er á sama tíma fer yfir 50%. Þetta gefur til kynna að H2 og CO gas muni myndast við hleðslu og losun.

LiPF6 hefur eftirfarandi jafnvægi í raflausninni:

PF5 er sterk sýra, sem auðveldlega veldur niðurbroti karbónata og magn PF5 eykst með hækkun hitastigs. PF5 hjálpar raflausninni að brotna niður til að framleiða CO2, CO og CxHy gas. Samkvæmt skyldum rannsóknum kemur myndun H2 frá snefilvatni í raflausninni, en vatnsinnihald í raflausninni er almennt um það bil 20 × 10-6, sem leggur mjög lítið af mörkum til framleiðslu H2. Wu Kai frá Shanghai Jiaotong háskóla notaði grafít / NCM111 sem rafhlöðu í tilraun sinni og komst að þeirri niðurstöðu að uppspretta H2 er niðurbrot karbónats undir háspennu. Sem stendur eru aðallega þrjár lausnir til að hindra vindgang litíum títanat rafhlöður. Í fyrsta lagi vinnsla og breyting á LTO rafskautaefnum, þ.mt bættar undirbúningsaðferðir og yfirborðsbreytingar osfrv.; í öðru lagi þróun raflausna sem passa við LTO anóða, þar með talin aukefni, leysi kerfi; í þriðja lagi, bæta rafhlöðutækni.