リチウムイオン電池の徹底分析の理由

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リチウムイオン電池は寿命が長いため広く使用されていますが、使用時間が長くなるにつれて、膨張の問題が生じ、安全性能が理想的ではなく、循環減衰もより深刻になり、リチウム電池の深部抑制の分析と研究を引き起こしています。 筆者は、実験研究開発の経験に基づき、リチウム電池の膨張の原因を2つに分類しています。1つは電池の厚さによる膨張（2つ目は電解液の酸化による膨張）です。 異なるバッテリーシステムでは、バッテリーの厚さを支配する要因が異なります。

例えば、チタン酸リチウム負極電池では、膨らみの主な要因はドラムであり、グラファイト負極システムでは、極厚の厚さとガス供給法の膨らみです。 まず、リチウム電池の使用中に極極の厚さが変化し、特にグラファイト負極では極極の厚さが変化する。 既存のデータによると、リチウム電池はドラミングが発生しやすい高温保管および循環を経て、厚さの増加率が約6％〜20％で、正極の膨張率はわずか4％で、負極の膨張率は20％です。

リチウム電池の厚みが膨らむ根本的な原因は、グラファイトの本質に影響を受けます。 負極黒鉛がLICX（LIC24、LiC12、LIC6など）を形成し、線間隔が変化して微細な内部応力が発生し、負極が膨張します。

下図はグラファイト負極板の構造と充放電の様子を示す模式構造図です。 グラファイト負極の膨張は主に非効率的な膨張によって引き起こされます。 この部分の拡張は、主に粒子サイズ、接着剤、ポールシートの構造に関係しています。

負極の膨張によりコアが変形し、隔膜の間に電極が形成され、負極粒子が微小亀裂を形成し、固体電解質相界面（SEI）フィルムが破壊され、再結合し、電解質が消費され、循環性能が低下します。 負極極に影響を及ぼす要因は多数ありますが、最も重要なのは接着剤の性質と極性シートの構造パラメータの 2 つです。 グラファイト負極によく使用される接着剤は SBR であり、接着剤の弾性率が異なり、機械的強度が異なり、板厚への影響も異なります。

仕上げ塗装後の圧延力は、バッテリー内の負極板の厚さによっても影響を受けます。 同じ応力下では、接着剤の弾性率が大きいほど、極性物理的棚変化は小さくなり、充電時にLi +の埋め込みにより、グラファイト格子が膨張します。同時に、負極粒子とSBRの変形により、内部応力が完全に解放され、負極膨張率が急激に上昇し、SBRは塑性変形段階になります。 この膨張率の部分は SBR の弾性率に関係しており、SBR の弾性率と強度が大きいほど、不可逆膨張の膨張は小さくなります。

SBRの量が一定でないと、極ローラーが押されるときに圧力が異なり、圧力差によって極によって残留応力が生じ、残留応力が大きいほど、前物理棚膨張、全電および空電膨張率につながります。SBR含有量が少ないほど、圧延の圧力が小さくなり、物理棚膨張、前電および空電膨張率が少なくなり、負極膨張が小さくなり、コアが変形し、負極のリチウム度とLi+の拡散速度に影響を与え、バッテリーのサイクル性能に重大な影響を及ぼします。 第二に、バッテリーガスによるバルクバッテリーの内部ガス吸入は、バッテリー膨張を引き起こすもう一つの重要な原因であり、バッテリー温度サイクル、高温サイクル、高温放置のいずれであっても、さまざまな程度の膨張ガスが発生します。 現在の研究結果によると、電芯膨張の本質は電解質の分解によって引き起こされます。

電解液の分解には2つのケースがあります。1つは、水分や金属不純物などの電解液の不純物が電解液を分解することであり、もう1つは、電解液の濃度が低すぎるために充電中に分解が起こり、電解液から電子を得た後にEC、DECなどの溶媒が生成され、フリーラジカル反応の直接的な結果として炭化水素、エステル、エーテル、CO2などが生成されます。 リチウム電池の組み立てが完了した後、所定のプロセス中に少量のガスが生成されますが、これらのガスは避けられず、いわゆる電気コアの不可逆的な容量損失の原因となります。 最初の充放電プロセスでは、電子は外部回路を経て負極の電解液とともに電解液に到達し、ガスを形成します。

この過程で、グラファイト負極の表面にSEIが形成され、SEIの厚さが増加すると、電子は電解質の連続酸化を通過できなくなります。 バッテリーの寿命中、電解液内または電解液中の不純物や水分が原因で、内部のガス量が徐々に増加します。 電解質の存在は厳重な排除を必要とし、水分管理は厳格ではありません。

電解液自体が厳密ではなく、バッテリーパックが厳密に水に投入されていないため、角度分配が発生し、バッテリーの過充填もバッテリーのガス発生を加速します。 速度が遅くなり、バッテリーが故障する原因になります。 システムによってバッテリーの生産量は異なります。

グラファイト負極電池では、ガス発生の原因は主にSEI膜の形成によるもので、電池内の水分が基準を超え、化学流動が異常で、パッケージが不良で、チタン酸リチウムNCM電池システム内の電池蛍光比がより深刻になるはずです。 電解液中の不純物、水分、プロセスに加えて、チタン酸リチウムはグラファイト負極電池のように表面にSEI膜を形成して電解液反応を阻害できないという点もグラファイト負極とのもう一つの違いです。 充電および放電中、電解質は常に Li4Ti5O12 の表面と直接接触するため、Li4Ti5O12 材料の表面積が継続的に減少し、これが Li4Ti5o12 バッテリーの膨張の根本的な原因である可能性があります。

ガスの主成分は、H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8などです。 チタン酸リチウムを単独で電解液に浸漬すると、CO2のみが生成され、NCM材料で電池を作製した後、発生するガスにはH2、CO2、CO、および少量のガス状炭化水素が含まれ、電池後はサイクル充放電時にのみH2が生成され、発生するガス中のH2含有量は50％を超えます。 これは、充電および放電中に H2 ガスと CO ガスが生成されることを示しています。

電解液にはLIPF6が存在します。PF5は非常に強い酸であり、炭酸塩の分解を引き起こしやすく、温度上昇とともにPF5の量が増加します。 PF5 は電解質の分解に寄与し、CO2、CO、CXHY ガスを生成します。 関連研究によると、H2の生成は電解液中の微量水に由来しますが、一般的な電解液の水分含有量は約20 ¡Á 10-6であり、H2の生成量としては非常に低い値です。

上海交通大学呉凱の実験はグラファイト/NCM111のバッテリーとして使用されました。 結論としては、H2の発生源は高電圧下での炭酸塩の分解であると結論づけられました。 現在、チタン酸リチウム電池の抑制には3つの解決策があります。

、溶媒システム、3番目に、バッテリープロセス技術を改善します。