أسباب التحليل العميق لبطاريات أيونات الليثيوم

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

بسبب عمرها الطويل، يتم استخدام بطارية الليثيوم أيون على نطاق واسع، مع تمديد وقت الاستخدام، فإن مشكلة الانتفاخ والأداء الأمني ​​ليس مثاليًا كما أن التوهين الدائري أكثر خطورة، مما يتسبب في تحليل وقمع أبحاث عمق بطارية الليثيوم. وفقا لخبرة البحث والتطوير التجريبية، يقسم المؤلف أسباب بطاريات الليثيوم إلى فئتين، الأولى هي الانتفاخ الناجم عن سمك البطارية (الثانية، بسبب انتفاخ أكسدة السائل الكهربائي). في أنظمة البطاريات المختلفة، تختلف العوامل المهيمنة على سمك البطارية.

على سبيل المثال، في بطارية القطب السالب من تيتانات الليثيوم، فإن العوامل الرئيسية للانتفاخ هي الأسطوانة؛ في نظام القطب السالب من الجرافيت، سمك سمك القطب وانتفاخ قانون إمداد الغاز. أولاً، يتغير سمك قطب القطب عند استخدام بطاريات الليثيوم، ويتغير سمك قطب القطب، وخاصة القطب السالب من الجرافيت. وفقًا للبيانات الموجودة، فإن بطارية الليثيوم قد مرت بتخزين وتداول عالي الحرارة، وهو عرضة للتطبيل، مع معدل نمو سمك يتراوح بين 6% إلى 20%، حيث تبلغ نسبة التمدد القطبي الإيجابي 4% فقط، ونسبة التمدد السلبي 20%.

السبب الجذري لانتفاخ سماكة تغيرات بطارية الليثيوم يتأثر بجوهر الجرافيت. يشكل الجرافيت القطب السالب LICX (LIC24، LiC12 و LIC6، إلخ)، وتتغير المسافة الخطية، مما يؤدي إلى تكوين إجهاد داخلي مجهري، مما يؤدي إلى تمدد القطب السالب.

الشكل أدناه هو مخطط هيكلي تخطيطي لهيكل لوحة القطب السالب الجرافيتي في مكانها والشحن والتفريغ. يحدث توسع القطب السالب للجرافيت بشكل أساسي بسبب التوسع غير الفعال. يرتبط هذا الجزء من التوسع بشكل أساسي ببنية حجم الجسيمات والمادة اللاصقة والصفائح القطبية.

يؤدي توسع القطب السالب إلى تشوه القلب، ويتشكل القطب بين الحجاب الحاجز، وتشكل جزيئات القطب السالب شقوقًا دقيقة، وينكسر فيلم واجهة الطور الصلب للإلكتروليت (SEI) ويعاد تركيبه، ويستهلك الإلكتروليت، ويؤدي إلى تدهور الأداء المتداول. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على أقطاب القطب السالب، وتعتبر طبيعة المادة اللاصقة والمعلمات الهيكلية للورقة القطبية من أهم العوامل. المادة اللاصقة المستخدمة عادة في القطب السالب للجرافيت هي SBR، ولها معامل مرونة مختلف، وقوة ميكانيكية مختلفة، وتأثيرات مختلفة على سمك اللوحة.

كما أن قوة التدحرج بعد الطلاء النهائي تتأثر أيضًا بسمك لوحة القطب السالب في البطارية. تحت نفس الضغط، كلما كانت معامل المرونة أكبر للمادة اللاصقة، كلما كانت الرفوف المادية للقطبية أصغر، عند الشحن، بسبب تضمين Li +، توسع شبكة الجرافيت؛ في الوقت نفسه، بسبب تشوه جزيئات القطب السالب وSBR، يتم إطلاق الضغط الداخلي بالكامل، مما يجعل معدل التوسع السلبي يرتفع بشكل حاد، SBR في مرحلة التشوه البلاستيكي. يرتبط هذا الجزء من نسبة التمدد بمعامل المرونة لـ SBR، مما يؤدي إلى أنه كلما كان معامل المرونة وقوة SBR أكبر، كلما كان تمدد التمدد غير القابل للعكس أصغر.

عندما تكون كمية SBR غير متسقة، يكون الضغط مختلفًا عند الضغط على الأسطوانة القطبية، ويسبب فرق الضغط الإجهاد المتبقي الذي ينتجه القطب، وكلما زاد الإجهاد المتبقي، مما يؤدي إلى توسع الرفوف قبل المادية، والكهرباء الكاملة ونسبة توسع الطاقة الفارغة؛ كلما قل محتوى SBR، كلما كان ضغط التدحرج أصغر، كلما قل الأرفف المادية، ونسبة توسع الكهرباء المسبقة والتهاب الكهربية الفارغ، كلما كان التمدد السلبي أصغر يتسبب في تشوه القلب، مما يؤثر على درجة الليثيوم السلبية ومعدل انتشار Li +، وبالتالي توليد تأثير خطير على أداء دورة البطارية. ثانيًا، يعد دخول الغاز الداخلي للبطارية بسبب غاز البطارية سببًا مهمًا آخر يؤدي إلى انتفاخ البطارية، سواء كانت دورة درجة حرارة البطارية، أو دورة درجة الحرارة العالية، أو الرفوف ذات درجة الحرارة العالية، فإنها تنتج درجات مختلفة من انتفاخ الغاز. وفقًا لنتائج الأبحاث الحالية، فإن جوهر تورم النواة الكهربائية يحدث بسبب تحلل الإلكتروليت.

هناك حالتان لتحلل الإلكتروليت، الأولى هي شوائب الإلكتروليت، مثل الرطوبة والشوائب المعدنية لتحلل السائل الإلكتروليتي، والثانية هي انخفاض السائل الإلكتروليتي للغاية، مما يسبب التحلل أثناء الشحن، وفي الإلكتروليت يتم إنشاء المذيبات مثل EC و DEC بعد الحصول على الإلكترونات، والعواقب المباشرة لتفاعلات الجذور الحرة هي الهيدروكربونات والإسترات والإيثرات وثاني أكسيد الكربون، إلخ. بعد اكتمال تجميع بطارية الليثيوم، يتم توليد كمية صغيرة من الغاز أثناء العملية المحددة مسبقًا، وهذه الغازات حتمية، ومصدر فقدان القدرة غير القابل للعكس في النواة الكهربائية. خلال عملية الشحن والتفريغ الأولى، تصل الإلكترونات إلى المحلول الكهربائي مع المحلول الكهربائي للقطب السالب بعد الدائرة الخارجية، مكونة غازًا.

في هذه العملية، يتم تشكيل SEI على سطح القطب السالب للجرافيت، ومع زيادة سمك SEI، لا تتمكن الإلكترونات من اختراق الأكسدة المستمرة للإلكتروليت. خلال عمر البطارية، سوف يزداد حجم الغاز الداخلي تدريجيًا، بسبب الشوائب أو الرطوبة في الإلكتروليت أو في الإلكتروليت. يتطلب وجود الإلكتروليت استبعادًا جديًا، كما أن التحكم في الرطوبة ليس صارمًا.

إن المحلول الكهربائي في حد ذاته ليس صارمًا، كما أن حزمة البطارية لا يتم إدخالها بشكل صارم في الماء، مما يتسبب في التوزيع الزاوي، كما أن الإفراط في تسميد البطارية سوف يؤدي أيضًا إلى تسريع إنتاج الغاز في البطارية. السرعة، مما يؤدي إلى فشل البطارية. تختلف كمية إنتاج البطاريات في الأنظمة المختلفة.

في بطارية القطب السالب للجرافيت، يرجع سبب إنتاج الغاز بشكل أساسي إلى تكوين فيلم SEI، وتجاوز الرطوبة في البطارية، والتدفق الكيميائي غير طبيعي، والحزمة رديئة، ونسبة الفلورسنت في البطارية في تيتانات الليثيوم يجب أن يكون نظام بطارية NCM أكثر خطورة. بالإضافة إلى الشوائب والرطوبة والعمليات في الإلكتروليت، هناك فرق آخر عن القطب السالب للجرافيت وهو أن تيتانات الليثيوم لا يمكن أن يكون مثل بطارية القطب السالب للجرافيت، مما يشكل فيلم SEI على سطحه، مما يمنع تفاعل الإلكتروليت. يكون المنحل بالكهرباء دائمًا على اتصال مباشر بسطح Li4Ti5O12 أثناء الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى انخفاض مستمر في سطح مادة Li4Ti5O12، والذي قد يكون السبب الجذري لانتفاخ بطارية Li4Ti5o12.

المكونات الرئيسية للغاز هي H2، CO2، CO، CH4، C2H6، C2H4، C3H8، الخ. عندما يتم غمر تيتانات الليثيوم بشكل منفصل في الإلكتروليت، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون فقط، وبعد تحضير البطارية بمادة NCM، تشمل الغازات المولدة H2 وCO2 وCO وكمية صغيرة من الهيدروكربونات الغازية، وبعد البطارية، فقط في الدورة عند الشحن والتفريغ، يتم توليد H2، وفي الغاز المولد، يتجاوز محتوى H2 50٪. يشير هذا إلى أنه سيتم توليد غاز H2 وCO أثناء الشحن والتفريغ.

يتواجد LIPF6 في الإلكتروليت: PF5 هو حمض قوي جدًا، مما يسبب بسهولة تحلل الكربونات، وتزداد كمية PF5 مع زيادة درجة الحرارة. يساهم PF5 في تحلل الإلكتروليت، مما يؤدي إلى إنتاج غاز CO2 وCO وCXHY. وفقًا للبحوث ذات الصلة، يتم الحصول على إنتاج H2 من الماء التتبعي في الإلكتروليت، ولكن محتوى الماء في الإلكتروليت العام يبلغ حوالي 20 ¡Á 10-6، وهو منخفض جدًا بالنسبة لإنتاج H2.

تم استخدام تجربة وو كاي من جامعة شنغهاي جياوتونغ كبطارية للجرافيت / NCM111. وخلصت النتيجة إلى أن مصدر H2 هو تحلل الكربونات تحت الجهد العالي. في الوقت الحاضر، هناك ثلاثة حلول لقمع بطاريات تيتانات الليثيوم.

ثالثا، نظام المذيبات؛ تحسين تكنولوجيا معالجة البطارية.