Lý do phân tích sâu về pin lithium ion

Awdur: Iflowpower - Proveedor de centrales eléctricas portátiles

Do tuổi thọ cao nên pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi, khi thời gian sử dụng kéo dài, vấn đề phồng rộp, hiệu suất an toàn không lý tưởng và suy giảm tuần hoàn cũng nghiêm trọng hơn, gây ra việc phân tích và ngăn chặn nghiên cứu sâu về pin lithium. Theo kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển thực nghiệm, tác giả chia nguyên nhân gây ra hiện tượng pin lithium bị phồng thành hai loại, một là do độ dày của pin bị phồng (thứ hai là do chất lỏng điện phân bị oxy hóa). Ở các hệ thống pin khác nhau, các yếu tố chi phối độ dày của pin cũng khác nhau.

Ví dụ, trong pin điện cực âm titanat lithium, các yếu tố chính gây ra hiện tượng phồng là trống pin; trong hệ thống điện cực âm graphite, độ dày của cực và độ phồng của nguồn cung cấp khí là những yếu tố chính. Đầu tiên, độ dày của cực điện cực được thay đổi khi sử dụng pin lithium và độ dày của cực điện cực có sự thay đổi độ dày, đặc biệt là điện cực âm graphite. Theo dữ liệu hiện có, pin lithium đã qua quá trình lưu trữ và tuần hoàn ở nhiệt độ cao, dễ bị đóng cặn, tốc độ tăng trưởng độ dày khoảng 6% đến 20%, trong đó tỷ lệ giãn nở cực dương chỉ là 4% và tỷ lệ giãn nở cực âm là 20%.

Nguyên nhân gốc rễ của sự phình ra của độ dày pin lithium thay đổi là do bản chất của than chì. Điện cực âm graphite tạo thành LICX (LIC24, LiC12 và LIC6, v.v.) và khoảng cách tuyến tính thay đổi, dẫn đến sự hình thành ứng suất bên trong vi mô, tạo ra điện cực âm Expand.

Hình bên dưới là sơ đồ cấu trúc của tấm điện cực âm graphite khi lắp vào và khi sạc và xả. Sự giãn nở của điện cực âm graphite chủ yếu là do sự giãn nở không hiệu quả. Phần giãn nở này chủ yếu liên quan đến cấu trúc kích thước hạt, chất kết dính và tấm cực.

Sự giãn nở của điện cực âm làm cho lõi biến dạng, điện cực hình thành giữa màng ngăn, các hạt điện cực âm tạo thành vết nứt nhỏ, màng giao diện pha điện phân rắn (SEI) bị phá vỡ và tái tổ hợp, tiêu thụ chất điện phân và làm giảm hiệu suất tuần hoàn. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cực điện cực âm, trong đó bản chất của chất kết dính và các thông số cấu trúc của tấm phân cực là hai yếu tố quan trọng nhất. Chất kết dính thường được sử dụng trong điện cực âm graphite là SBR, mô đun đàn hồi của chất kết dính khác nhau, độ bền cơ học khác nhau và ảnh hưởng khác nhau đến độ dày của tấm.

Lực lăn sau khi phủ lớp hoàn thiện cũng bị ảnh hưởng bởi độ dày của tấm cực âm trong pin. Dưới cùng một ứng suất, mô đun đàn hồi của chất kết dính càng lớn, giá đỡ vật lý phân cực càng nhỏ, khi sạc, do nhúng Li +, sự giãn nở mạng than chì; đồng thời, do các hạt điện cực âm và SBR biến dạng, ứng suất bên trong được giải phóng hoàn toàn, làm cho tốc độ giãn nở âm tăng mạnh, SBR đang trong giai đoạn biến dạng dẻo. Phần tỷ lệ giãn nở này liên quan đến mô đun đàn hồi của SBR, dẫn đến mô đun đàn hồi và độ bền của SBR càng lớn, và độ giãn nở không thuận nghịch càng nhỏ.

Khi lượng SBR không đồng nhất, áp suất khác nhau khi ép con lăn phân cực, chênh lệch áp suất gây ra ứng suất dư do cực tạo ra, ứng suất dư càng lớn, dẫn đến sự giãn nở của giá đỡ vật lý trước, điện đầy đủ và tỷ lệ giãn nở công suất rỗng; hàm lượng SBR càng ít, áp suất lăn càng nhỏ, giá đỡ vật lý càng ít, tỷ lệ giãn nở của điện trước và điện cực rỗng, sự giãn nở âm càng nhỏ khiến lõi biến dạng, ảnh hưởng đến mức độ âm của lithium là lithium và tốc độ khuếch tán Li +, do đó tạo ra tác động nghiêm trọng đến hiệu suất chu kỳ của pin. Thứ hai, lượng khí bên trong ắc quy lớn bị hút vào cũng là một lý do quan trọng khác khiến ắc quy bị phồng, cho dù là chu kỳ nhiệt độ ắc quy, chu kỳ nhiệt độ cao, kệ nhiệt độ cao, nó đều tạo ra các mức độ phồng khí khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu hiện nay, bản chất của hiện tượng phồng lõi điện là do sự phân hủy chất điện phân.

Có hai trường hợp phân hủy chất điện phân, một là chất điện phân có tạp chất như độ ẩm và tạp chất kim loại làm phân hủy chất lỏng điện phân, trường hợp còn lại là chất lỏng điện phân quá thấp khiến chất lỏng điện phân bị phân hủy trong quá trình sạc, trong chất điện phân, các dung môi như EC, DEC được tạo ra sau khi thu được electron, hậu quả trực tiếp của phản ứng gốc tự do là hydrocarbon, este, ete và CO2, v.v. Sau khi lắp ráp pin lithium hoàn tất, trong quá trình định trước sẽ sinh ra một lượng khí nhỏ, những khí này là không thể tránh khỏi, và cái gọi là lõi điện là nguồn mất dung lượng không thể phục hồi. Trong quá trình sạc và xả đầu tiên, các electron tiếp cận dung dịch điện phân cùng với dung dịch điện phân của điện cực âm sau mạch ngoài, tạo thành chất khí.

Trong quá trình này, SEI được hình thành trên bề mặt điện cực âm graphite, khi độ dày của SEI tăng lên, các electron không thể xuyên qua quá trình oxy hóa liên tục của chất điện phân. Trong quá trình sử dụng pin, lượng khí bên trong sẽ tăng dần do tạp chất hoặc độ ẩm trong chất điện phân hoặc trong bình điện phân. Sự hiện diện của chất điện phân đòi hỏi phải loại trừ nghiêm ngặt và việc kiểm soát độ ẩm không được chặt chẽ.

Bản thân dung dịch điện phân không nghiêm ngặt, và bộ pin không được đưa vào nước nghiêm ngặt, gây ra hiện tượng phân phối theo góc cạnh và việc ắc quy bị nghiêng quá mức cũng sẽ đẩy nhanh quá trình sản xuất khí của ắc quy. Tốc độ có thể gây hỏng pin. Ở các hệ thống khác nhau, lượng pin sản xuất được cũng khác nhau.

Trong pin điện cực âm graphite, nguyên nhân sinh ra khí chủ yếu là do sự hình thành màng SEI, độ ẩm trong pin vượt quá mức, dòng hóa chất bất thường, bao bì kém, tỷ lệ huỳnh quang của pin trong hệ thống pin NCM lithium titanate nên nghiêm trọng hơn. Ngoài tạp chất, độ ẩm và các quá trình trong chất điện phân, một điểm khác biệt nữa so với điện cực âm graphite là lithium titanate không thể giống như pin điện cực âm graphite, tạo thành lớp màng SEI trên bề mặt, ức chế phản ứng điện phân của nó. Chất điện phân luôn tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của Li4Ti5O12 trong quá trình sạc và xả, dẫn đến bề mặt vật liệu Li4Ti5O12 liên tục giảm, đây có thể là nguyên nhân gốc rễ gây ra tình trạng đầy hơi của pin Li4Ti5o12.

Các thành phần chính của khí là H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, v.v. Khi titanat liti được ngâm riêng trong chất điện phân, chỉ có CO2 được tạo ra và sau khi chuẩn bị pin bằng vật liệu NCM, các khí được tạo ra bao gồm H2, CO2, CO và một lượng nhỏ hydrocarbon dạng khí và sau khi pin, chỉ trong chu trình sạc và xả, H2 được tạo ra và trong khí được tạo ra, hàm lượng H2 vượt quá 50%. Điều này chỉ ra rằng khí H2 và CO sẽ được tạo ra trong quá trình sạc và xả.

Trong chất điện phân có chứa LIPF6: PF5 là một axit rất mạnh, dễ gây phân hủy cacbonat và làm tăng lượng PF5 khi nhiệt độ tăng. PF5 góp phần phân hủy chất điện phân, tạo ra khí CO2, CO và CXHY. Theo nghiên cứu có liên quan, việc sản xuất H2 có nguồn gốc từ nước vết trong chất điện phân, nhưng hàm lượng nước trong chất điện phân nói chung là khoảng 20 ¡Á 10-6, rất thấp đối với Năng suất H2.

Thí nghiệm của Wu Kai thuộc Đại học Giao thông Thượng Hải được sử dụng làm pin cho than chì / NCM111. Kết luận cho thấy nguồn gốc của H2 là sự phân hủy cacbonat dưới điện áp cao. Hiện nay, có ba giải pháp để ngăn chặn pin lithium titanate.

, Hệ thống dung môi; thứ ba, cải tiến công nghệ xử lý pin.