Утицај садржаја влаге на перформансе батерије

Много је фактора који утичу на перформансе литијумских батерија, као што су врста материјала, густина збијања позитивних и негативних електрода, влага, површинска густина облоге и количина електролита. Међу њима, влага има витални утицај на перформансе литијум-јонских батерија. Влага је кључни фактор који треба строго контролисати током процеса производње литијум-јонских батерија. Прекомерна влага може не само да проузрокује разградњу литијумових соли у електролиту, већ и да оштети позитивне и негативне материјале. Колектор струје има одређено корозивно и деструктивно дејство, а такође доводи до смањења перформанси циклуса и сигурносних перформанси батерије. Међутим, количине влаге у траговима имају важан значај. Следи опис утицаја влаге на перформансе литијумских батерија.

1. Мане прекомерне влаге

У производном процесу тернарно / графитне батерије, припрема суспензије позитивних електрода обично користи систем дисперзије на бази уља, користећи ПВДФ као везиво и НМП као растварач. Када ПВДФ наиђе на прекомерну влагу, формираће желатинасту супстанцу, што ће резултирати лошом флуидношћу и изравнавањем каше, што није погодно за превлачење каше. Због тога се приликом припреме каше мора обратити пажња на садржај влаге у сировинама, радну средину и уношење влаге током рада особља.

Поред тога што ће имати огроман утицај на припрему каше од литијумских батерија, прекомерна влага ће проузроковати распад електролита. Одговор је следећи:

Флуороводонична киселина је нарочито нагризајућа киселина, која може проузроковати озбиљну штету на материјалима позитивних и негативних електрода и сакупљачима струје литијумских батерија, и на крају довести до сигурносних проблема са батеријама.

2. Значење воде у траговима

Међутим, није да је мање воде боље у литијумским батеријама. Као што сви знамо, интерфејс чврстог електролита (познат као СЕИ мембрана) је селективна пропусна мембрана која омогућава Ли + да слободно пролази, али молекули електролита не могу да прођу. Састав електролита и адитива у траговима имају значајан утицај на потенцијал стварања СЕИ филма, степен компактности, неповратан губитак капацитета батерије и унутрашњи отпор батерије. Вода, као компонента у траговима електролита, има одређени утицај на стварање СЕИ филма и перформансе батерија литијум-јонских батерија.

Треће, утицај влаге на перформансе литијумских батерија

У различитим системима материјала, садржај влаге има велики утицај на перформансе батерија. Међутим, оно што остаје непромењено је да влага утиче на капацитет првог пуњења и пражњења, унутрашњи отпор, животни век батерије и запремину литијумских батерија. Узмимо за пример батерију литијум-кобалтовог оксида / графита.

1. Утицај на капацитет првог пуњења и пражњења

Влага је повезана са стварањем СЕИ у литијумским батеријама и неизбежно ће утицати на први неповратни губитак капацитета литијумских батерија. Као што је приказано на слици 1:

Слика 1. Утицај садржаја влаге на пуњење и капацитет пражњења батерије

Када је влага у батерији мања од 0,015%, први капацитет пражњења батерије испуњава национални стандард и промена је мала; када је влага батерије у опсегу од 0,015% до 0,04%, први капацитет пражњења батерије се смањује како се влага у батерији повећава. Када је садржај влаге у батерији мањи од 0,015%, доминирају следеће реакције.

Литијум-алкил-карбонат генерисан поступком редукције једног електрона такође може да реагује са водом у траговима у електролиту да би створио литијум-карбонат.

2РОЦО2 Ли {{2}} Х2О → Ли2ЦО3 +ЦО2 +2РОХ

Када се створи ЦО2, на негативној површини електроде јавља се нова хемијска реакција са малим потенцијалом:

2ЦО2+2Ли+ +2е → Ли2ЦО3 +ЦО

Може се видети да ће одговарајућа количина воде помоћи у формирању стабилног, уједначеног и густог СЕИ филма којим доминира Ли2ЦО3. Када СЕИ филм у потпуности покрије негативну електроду, неповратна реакција се одмах зауставља.

Када је садржај влаге у опсегу од 0,0150% до 0,04%, потрошња литијумових јона се повећава, а капацитет пуњења и пражњења батерије се смањује, што негативно утиче на њу.

2. Утицај на унутрашњи отпор батерије

Унутрашњи отпор батерије један је од најважнијих карактеристичних параметара батерије. То је важан параметар који карактерише животни век циклуса и радни статус батерије и главни је показатељ тешкоће транспорта јона и електрона у батерији. На унутрашњи отпор углавном утичу фактори као што су материјали за батерије, производни процеси и структура батерија. Што је мањи унутрашњи отпор, то је мањи напон заузет када се батерија испразни и то више енергије може да произведе. Код батерија које се дуго чувају, унутрашњи отпор ће се повећавати са повећањем времена складиштења, а перформансе батерије ће у великој мери утицати када унутрашњи отпор пређе одређену вредност. Будући да садржај влаге утиче на квалитет СЕИ филма у литијумској батерији, увод утиче на унутрашњи отпор батерије.

У ЕЦ / ДМЦ / ЕМЦ систему растварача електролита, количина воде у траговима може да формира стабилни, уједначени и густи СЕИ филм на бази Ли2ЦО3, са ниским унутрашњим отпором. Када је садржај влаге већи од потребног у систему за формирање СЕ И филма, ПОФ3 и ЛиФ се таложе на површини СЕИ филма, што резултира повећањем унутрашњег отпора батерије. као што је приказано на слици 2:

Слика 2. Утицај садржаја влаге на унутрашњи отпор батерије

3. Утицај на пропадање капацитета батерије

Садржај влаге утиче на својства СЕИ филма батерије, попут једноликости и компактности. Када је СЕ И филм једноличан и густ, растварач електролита није лако уградити у негативну електроду, заузимајући упражњено место за уметање Ли +, тако да долази до мале деградације капацитета. Супротно томе, када део СЕИ филма није густ или једнолик, слободна места за уметање Ли + релативно је лако заузети растварачем електролита. Ли2ЦО3 је најважнија компонента за формирање једнообразног и густог СЕИ филма. У ЕЦ / ДМЦ / ЕМЦ систему растварача електролита, одговарајућа количина воде може поспешити стварање СЕИ филма на бази Ли2ЦО3. Када је садржај влаге довољан или претеран, формира се СЕИ Што је филм гушћи и уједначенији, то је мања вероватноћа уградње растварача у аноду угљеника. То је разлог зашто слабљење капацитета батерије постепено опада са повећањем садржаја влаге када је влага у распону од 0,015% до 0,04%. Када је садржај влаге мањи од 0,015%, на површини негативне електроде формира се густи СЕИ филм који одржава уградњу растварача у равнотежно стање. Због тога се смањење капацитета батерије одржава у релативно стабилном стању.

Слика 3. Утицај садржаја влаге на стопу пропадања капацитета батерије

4. Утицај на дебљину батерије

Слика 4. Утицај садржаја влаге на дебљину батерије

Са слике се види да се са повећањем садржаја влаге повећава и дебљина батерије. Када је садржај влаге због ЦО2, ЦО и других гасова који настају током формирања СЕИ филма. А када је воде прекомерно, вишак воде ће наставити да реагује са ЛиПФ6 дајући ВФ гас. Интерна производња батерија у гасу повезана је са сигурношћу батерије. Да бисте избегли озбиљне проблеме са надимањем у батерији, вода у батерији мора бити строго контролисана.

референце:

[1] До рон Аурбацх, Иаир Е ин-Ел.и ЈЕ лецтроцхем Соц [Ј], 1995, 142 (6): 1746

[2] ХУАНГ Фенг (黄 峰), ЗХОУ Иун-Хонг (周运鸿). Батерија Б месечно (батерија) [Ј], 2001, 31 (6): 290

[3] Зханг Хаилин, Хе Ксиангиун, Ли Иан, ет ал. Утицај влаге електрода на перформансе литијум-јонских батерија ［Ј］. Индустрија батерија, 2013, 18 (1/2): 44-46.