Paquet souple chargeant le renflement de la batterie au lithium cause super résumé

Auteur ：Iflowpower –Fournisseur de centrales électriques portables

Il existe de nombreuses raisons au renflement de la batterie lithium-ion en vrac. Selon l'expérience expérimentale liée à la recherche et au développement, l'auteur divise les causes du gonflement des batteries lithium-ion en trois catégories. Tout d'abord, l'épaisseur des cellules de la batterie causée par la dilatation pendant le cycle ; la seconde est due au renflement du liquide électrolytique d'oxydation.

Troisièmement, la batterie n'est pas strictement introduite dans le défaut de renflement causé par l'eau, les dommages angulaires. Différent dans différents systèmes de batterie, les principaux facteurs de variations d'épaisseur de la batterie, comme dans les cellules de batterie à électrode négative au titanate de lithium, les facteurs importants de renflement sont les fûts à gaz; dans le système d'électrodes négatives en graphite, l'épaisseur de l'épaisseur du pôle et la masse de la batterie Pour favoriser l'utilisation. JE.

Facteurs d'expansion négative du graphite variationnel d'épaisseur de pôle d'électrode et discussion de mécanisme que la batterie lithium-ion a augmenté dans le processus de charge à l'expansion négative, le taux d'expansion d'électrode positive n'est que de 2 ~ 4%, et l'électrode négative est généralement en graphite, collant . Connexion, composition de carbone conducteur, dans laquelle le taux d'expansion du matériau en graphite lui-même atteint ~ 10 %, ce qui provoque un facteur d'influence important dans le changement du taux d'expansion négatif du graphite, y compris : formation de film SEI, état de basculement, SOC), paramètres de processus, et d'autres facteurs d'influence. (1) Le film SEI forme une batterie lithium-ion pour le premier processus de charge et de décharge, l'électrolyte réagit dans les particules de graphite dans l'interface de phase solide-liquide, formant une couche de passivation (film SEI) recouvrant la surface du matériau d'électrode, film SEI L'épaisseur de l'anode a considérablement augmenté, et depuis que le film SEI se produit, l'épaisseur de la batterie est augmentée d'environ 4 %.

À partir du processus de circulation à long terme, selon la structure physique et la surface spécifique des différents graphus, le processus circulatoire se produira et le processus dynamique de la nouvelle production de SEI, comme le graphite en feuille par rapport à un taux d'expansion plus important. (2) Dans le processus de circulation, l'expansion en vrac de l'anode en graphite et le SOC de la batterie ont une bonne relation fonctionnelle périodique, c'est-à-dire que les ions lithium sont constamment intégrés dans le volume de graphite (l'augmentation du SOC de la batterie). Développez progressivement, lorsque l'ion lithium est déchargé de l'anode en graphite, le noyau électrique SOC diminue progressivement et l'anode en graphite correspondante est progressivement réduite.

(3) Paramètres de procédé Du point de vue des paramètres de procédé, la densité de compactage a une grande influence sur l'anode du graphite. Pendant la pression à froid du pôle, il y a une plus grande contrainte de pression dans la couche de film d'anode en graphite, qui est une cuisson à haute température du pôle. Il est difficile de se libérer complètement.

Lorsque la cellule est mise en circulation, l'électrolyte est couramment utilisé en raison de l'incorporation et de l'extraction des ions lithium, et la solution électrolytique est couramment utilisée, et la contrainte du diaphragme est libérée dans le processus de circulation, et le taux d'expansion est augmenté. D'autre part, la taille de densité compacte détermine la taille de la capacité de vide du film d'anode, et la capacité des pores dans la couche de film peut absorber efficacement le volume de l'expansion du pôle, la capacité de vide est petite, lorsque le pôle est élargi , il n'y a pas d'expansion d'absorption spatiale suffisante. Le volume, à ce moment, l'expansion ne peut être élargi qu'à l'extérieur de la couche de membrane, et l'expansion volumique de la feuille d'anode peut être élargie. (4) Autre facteur force de liaison adhésive (adhésif, particules de graphite, carbone conducteur et force de liaison de l'interface entre elles), rapport de charge et de décharge, gonflement de l'adhésif et de l'électrolyte, particules de graphite La forme et sa densité apparente, ainsi comme l'expansion de l'électrode de l'expansion de l'électrode, etc.

Le taux d'expansion est calculé : le calcul du taux d'expansion est mesuré par l'élément secondaire X, la taille de la direction Y, la mesure moyenne de l'épaisseur de la direction Z, et mesuré après la couverture et la batterie. Figure 1 L'influence de la mesure de la feuille d'anode et l'effet de la qualité du revêtement sur l'expansion polaire négative sont utilisés comme facteur de densité de compactage et de qualité du revêtement, et chacun des trois niveaux différents est pris, et le facteur entier est la conception expérimentale orthogonale (comme indiqué dans le tableau 1) Autres conditions de chaque groupe. La figure 2 (a), (b) montre qu'après que la batterie est pleine, le taux d'expansion de la feuille d'anode dans la direction X/Y/Z augmente à mesure que la densité compacte augmente.

Lorsque la densité de compactage passe de 1,5 g/cm3 à 1,7 g/cm3, le rapport de dilatation dans la direction X/Y passe de 0.

7 % à 1,3 %, et le taux d'expansion dans la direction Z augmente de 13 % à 18 %. Comme on peut le voir sur la figure 2 (a), à différentes densités de compactage, le taux d'expansion dans la direction X est supérieur à la direction Y, et la raison de ce phénomène est importante est causée par l'étape de réfrigération des pôles, pendant le processus de pression à froid , le pôle passe par la pression Lorsque le rouleau, selon la résistance minimale, le matériau s'écoule dans une force externe, et le point matériel s'écoulera dans une direction dans laquelle la résistance est minimale.

Lorsque le taux de dilatation de l'anode est à froid dans différentes directions, la direction minimale de résistance est la direction MD (pôle). La direction Y, comme illustré à la FIG. 3), la contrainte est plus facilement libérée dans la direction MD et la résistance de la direction TD (la direction X de la plaque) est grande, la contrainte de la presse à rouleaux n'est pas facile à relâcher, la direction TD doit être plus grande que la direction MD. Par conséquent, une fois que le film d'électrode est plein, le taux d'expansion dans la direction X est supérieur au taux d'expansion dans la direction Y.

D'autre part, la densité compacte est augmentée, la capacité des pores polaires est abaissée (comme le montre la figure 4), lors de la charge, il n'y a pas à l'intérieur de la couche de film d'anode Un espace suffisant absorbe le volume d'expansion du graphite et la manifestation externe est expansé dans les trois directions de la feuille maximale vers X, Y, Z. Comme on peut le voir sur les figures 2 (c), (d), la masse de revêtement augmente de 0,140 g/1 540.

25 mm2 à 0,190 g / 1, 540,25 mm2, et le taux d'expansion dans la direction X augmente à partir de 0.

84% ​​à 1,15%, Y La direction d'expansion est augmentée de 0,89% à 1.

05%, le taux d'expansion dans la direction Z et la tendance de changement de direction X / Y sont inversés, ce qui diminue, passant de 16,02% à 13,77%.

L'explication de l'expansion de l'anode de l'encre dans les trois directions X, Y, Z et le changement des changements de qualité du revêtement sont importants pour des changements significatifs dans l'épaisseur de la couche de film. Les variations d'électrode négative ci-dessus et les résultats de la littérature sont cohérents, c'est-à-dire que plus l'épaisseur du fluide agrégé et l'épaisseur de la couche de film sont petites, plus la contrainte dans le collecteur est grande. Figure 3 Diagramme schématique du processus de pression à froid de l'anode Figure 4 Changements de vides à différentes densités de compactage L'épaisseur de la feuille de cuivre sur l'expansion négative est sélectionnée à partir de l'épaisseur de la feuille de cuivre et de la qualité du revêtement, l'épaisseur de la feuille de cuivre est tirée de 6 et 8 μm, et l'anode, respectivement.

La masse de revêtement était de 0,140 g/1, 540,25 mm2 et 0.

190 g/1, 540,25 mm2, et la densité de compactage était de 1,6 g/cm3, et les autres groupes d'expériences étaient les mêmes, et les résultats expérimentaux sont présentés à la figure 5.

Comme on peut le voir sur les figures 5 (a), (c), sous la qualité des deux revêtements différents, le flocon d'anode de la feuille de cuivre dans la direction X / Y est inférieur à 6 μm, indiquant que l'épaisseur du cuivre une feuille est ajoutée, en raison de son module d'élasticité ajouté (voir la figure 6), c'est-à-dire que la capacité anti-déformation est améliorée, et l'utilisation de la contrainte d'expansion de l'anode est améliorée, et le taux d'expansion est réduit. Selon la littérature, sous la même qualité de revêtement, l'épaisseur de la feuille de cuivre augmente, l'épaisseur concentrée et le rapport d'épaisseur de la couche de film ont augmenté, et la contrainte dans le collecteur de courant est faible, et le rapport d'expansion polaire est faible . Dans la direction Z, la tendance de changement du taux d'expansion est complètement opposée, et on peut le voir sur la figure 5 (b), l'épaisseur de la feuille de cuivre augmente et le taux d'expansion est ajouté ; de la Fig.

5 (b), (d) peut être vu, lorsqu'il est enduit Lorsque la qualité est augmentée de 0,140 g / 1 540,25 mm2 à 0.

190g / 1 540,25 mm2, l'épaisseur de la feuille de cuivre a augmenté et le taux d'expansion est réduit. L'épaisseur de la feuille de cuivre a augmenté, bien qu'elle soit propice à la réduction de sa propre contrainte (résistance), la contrainte dans la nouvelle augmentation du film, entraînant un nouveau taux d'expansion dans la direction Z, comme le montre la figure 5 (b) ; comme la qualité du revêtement est nouvelle, une feuille de cuivre plus épaisse et plus épaisse a augmenté l'application de la contrainte de membrane, mais en même temps, la capacité de contrainte de la couche de film est également améliorée et la force de liaison est plus évidente, le taux d'expansion de la direction Z est réduite.

Figure 5 L'épaisseur de la feuille de cuivre et la masse du revêtement modifient le taux d'expansion de la membrane de l'anode. 1, 540,25 mm2, la densité compacte est de 1.

6 g / cm3, l'épaisseur de la feuille de cuivre est de 8 μm, les autres conditions sont les mêmes et les résultats expérimentaux sont présentés sur la figure 7. Comme on peut le voir sur la figure 7 (a), différents graphus diffèrent dans la direction X / Y, minimale 0,27 %, maximale 1.

14 %, taux d'expansion dans la direction Z, maximum 17,47 %, expansion dans la direction X/Y Dans la direction z, les résultats de la même analyse sont cohérents. Parmi eux, le noyau électrique du graphite A-1 est gravement déformé, le taux de déformation est de 20 % et l'autre ensemble de cellules ne se déforme pas, ce qui indique que le rapport d'expansion X/Y a un impact significatif sur la déformation de la cellule électrique. .

Figure 7 Différentes conclusions sur le taux d'expansion du graphite (1) augmentent la densité de compactage, la feuille d'anode augmente dans les trois directions X / Y, Z dans le processus de charge complète, et le rapport d'expansion de la direction X est supérieur au rapport d'expansion dans le Sens Y. (La direction X est la direction de l'axe du rouleau pendant le processus de pression à froid, la direction Y est la direction de la machine). (2) La qualité du nouveau revêtement, le taux d'expansion dans la direction X / Y a augmenté, le taux d'expansion dans la direction Z est réduit; la qualité du nouveau revêtement peut entraîner une augmentation des contraintes d'étirement dans le collecteur de courant.

(3) Améliorer l'intensité du collecteur et supprimer l'expansion de la feuille d'anode dans la direction X/Y. (4) Différents types de graphite, la différence de taux d'expansion dans X / Y, Z est grande, dans laquelle l'amplitude de l'expansion dans la direction X / Y est importante pour la déformation de la cellule électrique. Deuxièmement, la production de gaz interne de la batterie en vrac causée par le gaz de la batterie est une autre raison importante du gonflement de la batterie, qu'il s'agisse d'un cycle de température de la batterie, d'un cycle à haute température, d'un rayonnage à haute température, il aura différents degrés de gonflement du gaz.

Batterie Lors du premier processus de charge et de décharge, la surface de l'électrode forme un Sola (SolideElectrolyte Interface film). La formation du film SEI de l'électrode négative est importante pour réduire la décomposition du carbonate d'éthylène, tandis que l'alkyl lithium et le Li2CO3 sont générés, il y aura une grande quantité de Co et de C2H4. DMC (DMETHYLCARBONATE), EMC (Ethylmethylcarbonate) dans le solvant est également rlico3 et roli lors de la formation du film, accompagné de gaz et de gaz CO tels que CH4, C2H6 et C3H8.

Dans la solution électrolytique à base de PC (PropylèneCarbonate), la présence de gaz est relativement, et il est important que le gaz C3H8 généré par la réduction du PC. La batterie au lithium bouillie au phosphate de fer au lithium est la plus sévère à la fin de la charge de 0,1c au cours du premier cycle.

Comme on peut le voir ci-dessus, la formation de SEI accompagnera l'apparition d'une grande quantité de gaz, ce processus d'imperfection. La présence de H2O dans les impuretés rend la liaison P-F dans LiPF6 instable, générant du HF, HF se traduira par un gaz d'accompagnement instable, accompagnant le gaz. La présence d'H2O en excès va consommer Li+, générer LiOH, LiO2 et H2 se traduit par un gaz.

Dans le processus de stockage et de charge et de décharge à long terme, il y aura un gaz dans un gaz. Pour la batterie lithium-ion scellée, un grand nombre de gaz peut influencer la batterie, ce qui affecte les performances de la batterie et raccourcit la durée de vie de la batterie. La batterie est importante pour la batterie dans le processus de stockage.

Les deux points suivants : (1) Le H2O existant dans le système de batterie provoque la génération de HF, ce qui endommage le SEI. L'O2 dans le système peut provoquer une oxydation de l'électrolyte, entraînant une grande quantité de CO2 ; (2) Si le film SEI instable s'est formé la première fois, le film SEI est instable et l'élasticité du film SEI libère l'hydrocarbure. Gaz basé sur la classe.

Pendant le cycle de charge et de décharge à long terme de la batterie, la forme cristalline du matériau de l'électrode positive change et l'irrégularité du potentiel ponctuel de l'électrode a causé un potentiel ponctuel trop élevé, l'électrolyte diminue et le film de surface de l'électrode s'épaissit constamment. La résistance de l'interface d'électrode augmente, améliore encore le potentiel de réaction, entraînant la décomposition de l'électrolyte à la surface de l'électrode, et le matériau d'électrode positive peut également libérer le gaz. Dans différents systèmes, la quantité de production de batterie est différente.

Dans la batterie du système négatif en graphite, la cause de l'apport de gaz est importante ou le film SEI généré comme décrit ci-dessus, l'humidité dépassant la norme, le flux chimique est anormal, l'emballage est médiocre et l'industrie est généralement considérée Li4TI5O12 La flatulence de la batterie est important que le matériau lui-même soit facile à absorber l'eau, mais il n'y a aucune preuve exacte pour prouver cette spéculation. Tianjin Life Battery Company Xiong et al., Dans le résumé des documents de la 15e conférence électrique internationale, il n'y a pas de support de données pour le CO2, le CO, les alcanes et de petites quantités d'oléfines dans les composants gazeux, et n'ont pas de support de données pour une composition spécifique et proportion.

Belharouak, etc. utilisent une chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse pour obtenir la climatisation de la batterie. Le composant important du gaz est H2, ainsi que CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6, etc.

Figure 8LI4Ti5O12/LiMN2O4 Batterie à 30, 45, 60°C pendant 5 mois d'ingrédients gazeux Le système liquide électrolytique sélectionné par LiPF6/Ec : EMC, où LiPF6 existe dans l'électrolyte : PF5 est une sorte d'acide très fort, c'est facile pour provoquer la décomposition du carbonate, et la quantité de PF5 a augmenté avec l'augmentation de la température. Le PF5 contribue à la décomposition des électrolytes, des gaz CO2, CO et CXHY. Le calcul montre également que la décomposition EC se produit CO, gaz CO2.

C2H4 et C3H6 sont C2H6 et C3H8 sont générés et les réactions d'oxydation C2H6 + se sont produites, respectivement, et Ti4 + est réduit en Ti3 +. Selon les recherches pertinentes H2, il dérive de traces d'eau dans l'électrolyte, mais la teneur en eau dans l'électrolyte général est d'environ 20 × 10-6, et le gaz gazeux de H2. L'expérience de l'Université Wu Kai de Shanghai Jiaotong a été utilisée pour rendre la quantité de batterie de graphite / NCM111 très faible.

La conclusion a conclu que la source de H2 est la décomposition du carbonate sous haute tension. Troisièmement, le processus est anormal, provoquant l'apparition d'une expansion 1. Mauvais emballage, la proportion du noyau de la batterie aplatie causée par le mauvais emballage a été considérablement réduite.

La cause des emballages à trois côtés TopSealing, Sidesealing et Degassing a été introduite. Tout emballage latéral peut causer le noyau de la batterie. Il effectue le TopSealing et le dégazage.

TopSealing est important que le bit Tab soit mal scellé. Le dégazage est important pour les couches (y compris la solution électrique) Les effets des liquides et des gels provoquent le désengagement du PP et de l'Al. L'emballage provoque mal l'humidité dans l'air dans la cellule interne, provoquant la décomposition d'un gaz par une solution électrolytique, etc.

2. La surface de la poche est endommagée, le noyau de la batterie est anormalement endommagé ou cassé artificiellement lors de dommages anormaux (tels que des trous d'épingle) à l'intérieur du noyau de la batterie. 3.

Les troubles angulaires sont endommagés. En raison de la déformation spéciale de l'aluminium dans la bride, le tremblement de l'airbag déformera la position angulaire et provoquera la rupture de l'Al (plus le noyau de la batterie est grand, plus l'airbag est grand, plus il est cassé) et perdra la barrière d'utilisation de l'eau. Peut être soulagé dans les rides angulaires ou l'adhésif thermofusible.

Et dans le processus de scellage supérieur, il est interdit de prendre la cellule mobile de l'airbag, mais faites également plus attention à la méthode de fonctionnement pour empêcher le balancement de la batterie sur la plaque vieillissante. 4. La teneur en eau interne du noyau de la batterie dépasse la norme, une fois que la teneur en eau dépasse la norme, l'électrolyte échouera dans la formation ou le dégazage.

La raison pour laquelle la teneur en eau interne dépassant la norme est importante : la teneur en eau du liquide électrolytique dépasse la norme, la CUISSON est dépassée et la pièce sèche est dépassée. Si la teneur en eau dépasse la norme, l'inspection rétrospective du procédé peut être effectuée. 5.

Anomalies du processus extraformé, le mauvais processus de formulation peut provoquer une flatulence du noyau de la batterie. 6. La membrane Si est instable, le noyau de la batterie est légèrement aplati pendant le processus de charge du test de capacité.

7. Une surcharge, une surcharge, en raison d'une anomalie du processus ou de la machine ou de la plaque de protection, provoque une surcharge ou une décharge excessive du noyau de la batterie, le noyau de la batterie se déchargera sérieusement. 8.

Le court-circuit, en raison de l'erreur de fonctionnement, provoque un court-circuit dans le contact à deux languettes dans la cellule de charge, le noyau de la batterie tambourinera rapidement et la languette sera brûlée en noir. 9. Court-circuit interne, l'intérieur du noyau de la batterie provoque une décharge rapide de la chaleur de la batterie tout en étant sévère.

Les causes des courts-circuits internes sont multiples : problèmes de conception ; rétrécissement, gondolage, dommages de la membrane d'isolation ; Désalignement Bi-Cell ; membrane d'isolation glitch ; la pression de serrage est trop grande ; la pression du bord chaud est excessive. Par exemple, cela a été dû au manque de largeur, et la chaleur du fer a surextrudé la batterie. dix.

Corrosion, le noyau de la batterie est corrodé, la couche d'aluminium réagit et l'utilisation de la barrière d'eau est perdue et la flatulence se produit. 11. Anomalie d'extraversion du vide, système ou machine à l'origine de l'anomalie du vide Le dégazage n'est pas complet ; La zone de rayonnement thermique de l'étanchéité sous vide est trop grande, ce qui fait que les baïonnettes de pompage de dégazage perforent efficacement le sac de poche et provoquent une respiration qui n'est pas propre.

Quatre inhibition de la production anormale de gaz pour inhiber la production anormale de gaz à partir de la conception des matériaux et des processus de fabrication. Premièrement, le matériau d'optimisation et le système de liquide électrolytique sont nécessaires pour assurer la formation d'un film SEI dense et stable, améliorer la stabilité du matériau d'électrode positive et inhiber l'apparition d'une production de gaz anormale. Le traitement de l'électrolyte utilise souvent une petite quantité d'additif de formation de film pour rendre la membrane SEI plus uniforme, dense, réduisant la chute de la membrane SEI et la production de gaz de processus régénératif pendant l'utilisation, et des études connexes ont rapporté et en fait des applications, telles que le Chengxi de l'Université de Harbin de la technologie, l'utilisation d'un additif filmogène VC peut réduire le phénomène de fuite d'air de la batterie.

Cependant, la recherche est concentrée sur un seul composant additif, l'effet est limité. Le Cao Changhe, etc. de l'Université des sciences et technologies de Chine orientale, utilisant le composite VC et PS comme nouvel additif de formation de film d'électrolyte, a obtenu de bons résultats et la batterie est considérablement réduite pendant le stockage et la circulation à haute température.

Des études ont montré que les composants du film SEI formés par EC et Vc sont du carbonate d'alkyle linéaire et que le carbonate d'alkyle fixé à haute température est instable, décomposant le gaz générateur (tel que le CO2, etc.) et la batterie est bombée. Le film SEI formé par PS est un alkylsulfonate de lithium, bien que défectueux, mais il existe une certaine structure bidimensionnelle, qui est encore plus stable à haute température dans LiC.

Lorsque le VC et le PS sont utilisés, le PS forme une structure bidimensionnelle défectueuse dans la surface négative lorsque la tension est faible, et le Vc élevé de la tension forme également une structure linéaire de carbonate d'alkyle, rempli de carbonate d'alkyle. Dans le défaut de la structure bidimensionnelle, un film SEI qui stabilise la structure en réseau a une structure en réseau. Le film SEI de cette structure augmente considérablement sa stabilité, ce qui peut supprimer efficacement le gaz gazeux causé par la décomposition de la membrane.

En outre, étant donné que le matériau à base de cobalt d'électrode et l'électrolyte de l'électrolyte, le produit de décomposition peut catalyser la décomposition du solvant dans l'électrolyte, de sorte que le revêtement de surface du matériau d'électrode positive peut non seulement ajouter la stabilité structurelle du matériau, mais également une électrode positive et un contact dans l'électrolyte, réduisant le gaz généré par la décomposition catalytique de l'électrode positive active. Par conséquent, la surface des particules de matériau d'électrode positive forme une couche de revêtement stable et complète est également une direction actuelle de développement.